朱利民

(1.中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆市九龙坡区,400039; 2.瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室,重庆市九龙坡区,400039)



WPZ－45/350L型多功能巷道修复机的设计

朱利民1,2

(1.中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆市九龙坡区,400039; 2.瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室,重庆市九龙坡区,400039)

摘 要针对深部矿井巷道变形严重的现状,设计并制造了WPZ－45/350L型多功能巷道修复机,介绍了该机的技术参数及功能特点,阐述了该机的结构组成及其设计。实际应用表明,该机适合深井变形巷道的修复工作,可以极大地节省人力和物力,减轻工人劳动强度,具有较大的社会和经济效益。

关键词围岩变形 巷道修复 升降平台 液压剪切

Design and application of WPZ－45/350L type multifunctional roadway repair machine

Zhu Limin1,2
(1.China Coal Technology Engineering Group Chongqing Research Institute,Jiulongpo,Chongqing 400039,China; 2.National Key Laboratory of Gas Disaster Monitoring and Emergency Technology,Jiulongpo,Chongqing 400039,China)

Abstract Aiming at the serious roadway deformation in deep mine at present,the WPZ－45/350L type multifunctional roadway repair machine was designed and manufactured,the technical parameters and functional characteristics were introduced,and the structural composition and design were elaborated.The practical application showed that the machine was suitable for the roadway repair work,could save manpower and material resources and reduce the labor intensity,which had better social and economic benefits.

Key words surrounding rock deformation,roadway repair,lift platform,hydraulic shear

1　深井巷道变形破坏特点

随着巷道采深的不断加深,巷道的围岩变形越来越大,失修周期越来越短,具体破坏特点如下:

(1)喷网层剥离,顶部下沉,底鼓严重.以锚网喷支护的巷道在拱肩发生明显的剪切变形,喷网层出现剥离,底脚处出现明显内挤收敛,底板出现显著的底臌,使得巷道的断面收缩率较大,无法满足巷道的使用要求.

(2)支架扭曲破坏,形成尖顶.以型钢支架为主的巷道,以支架的扭曲变形、内挤和下插底板以及形成尖顶等为主,支架周围布置的各种背板和金属网不能有效地限制围岩的变形,出现严重的折断、扭曲及外露,变形仍以两帮内挤和底臌为主.

综上所述,深井变形巷道亟需一种多功能快速施工的巷道修复装备,虽然市场上已经有一些厂家的巷道修复机在生产应用,但是大多数的产品功能单一,仅仅能完成巷道修复的1～2个作业功能,不能满足市场需求,因此,提出了WPZ－45/350L型多功能巷道修复机的研制.

2　整机技术参数及功能特点

2.1技术参数

设计的WPZ－45/350L型多功能巷道修复机主要技术参数如下:外型尺寸为6400 mm× 1500 mm×2400 mm,整机质量为12000 kg,总功率为45 k W,适应最小断面为3.0 m×2.8 m,挖装范围为2.5 m×6 m×5.5 m,履带前倾角为5°,离地间隙为300 mm,履带宽度为350 mm,行走速度为0～1.4 km/h,爬坡能力为±16°,接地比压为0.07 MPa,破碎锤冲击能为350 J,破碎锤打击频率为500～1000 bpm,破碎锤钎杆直径为60 mm,液压剪驱动油压为60 MPa,液压剪破断力为320 k N,液压剪最大剪断直径为22 mm.

2.2功能特点

WPZ－45/350L型多功能巷道修复机集成了巷道修复作业的几大作业功能,替代深井巷道修复的手工作业方式,主要具有以下功能特点:

(1)工作臂末端装有蜗轮蜗杆式回转减速器,可实现工作臂在巷道水平方向的360°回转,配合其它3只直线油缸可以实现巷道全断面全方位的破碎修复作业.

(2)工作臂前端装有快速连接器,通过液压手柄的操作即可进行破碎锤与挖斗的快速切换,从而实现破碎与挖装作业的快速切换.

(3)机器加装全进口高效液压增压装置,最高可增压到90 MPa,配合液压剪使用可以快速剪切锚杆和锚索.

(4)机器中部的工作平台装置可以升降调平,可以伸缩翻转加宽平台作业范围,人员可以在上面进行支护和剪切作业.

(5)灵活的工作装置能够对失修巷道全断面进行卧底、破碎、刷帮、剪切以及支护等作业工作.

(6)液压系统采用进口液压件加油过滤系统回油过滤,确保了油液的清洁度,全部采用液压负载敏感技术,增加了液压系统的可靠性.

3　整机结构组成及其设计

WPZ－45/350L型多功能巷道修复机由工作臂、前铲板、机架部、增压剪切部、行走部、升降平台部、后支撑、电控系统以及液压系统9部分组成,其结构示意图如图1所示.

3.1工作臂

工作臂由回转座、动臂、斗杆、扒斗及破碎锤组成,在挖掘机挖装结构的基础上,不仅能够实现挖掘和侧掏等功能,还能通过快换接头将扒斗换成破碎锤,快速碎石破岩.工作臂借鉴了挖掘机的扒装结构,但与挖掘机不同的是本机需要避开升降平台的干涉,所以结构设计的重点是扒臂动作位移准确可靠.通过液压系统控制回转座摆动油缸、动臂油缸、斗杆油缸和扒斗油缸,实现工作臂摆动和升降等动作,通过操作2个十字先导手柄实现连贯碎石和挖掘动作,可以快速无死角地扒装碎石.

图1　WPZ－45/350L巷道修复机结构示意图

3.2前铲板

采用推土机的铲板结构,通过铲板与铲板油缸来实现铲板的升降,主要功能为一是向前推料来实现清理巷道的作用,二是和后支撑配合支撑整机,实现作业时的整机稳定性.

3.3机架部

机架部是巷道修复机的核心部件,机架底盘位于整机的中央处,是各个部件和各系统的聚集地,也是整个设备的核心.其上布置有各油缸的铰接点,包括铲板油缸、工作臂摆转油缸、平台升降油缸以及左右后支撑摆动油缸等.机架底盘是以厚钢板为主材焊制而成,与行走部之间用高强度螺栓相连接,提高了整机工作的稳定性.

3.4增压剪切部

本机配有进口的液压增压器,输出压力达60 MPa,配合液压剪断器剪切力达320 k N,可以快速剪切锚杆与锚索.

3.5行走部

行走部是用2台液压马达驱动,通过减速机、驱动链轮及履带实现行走.马达、制动刹车阀以及减速机采用集成结构,以降低故障率.履带采用油缸张紧,调整完毕后,装入垫板及锁板,泄除缸内压力后拧紧油嘴,使张紧油缸活塞杆不受张紧力的影响.履带架通过键及高强度螺栓固定在本体两侧,在其侧面开有方槽,以便张紧油缸的拆卸.行走减速机用高强度螺栓与履带架连接.

3.6升降平台部

升降平台部由平台组件、四连杆机构及平台前后支撑油缸组成.通过液压系统控制平台前后支撑油缸的伸缩实现平台的升降.前后支撑油缸还具有调平功能,在坡度上可以将工作平台调平;平台升高后也可前移,以保证平台在工作状态下前伸到迎头.四连杆机构能承受较大的冲击载荷和倾覆力矩,安全可靠;平台组件由平台中间部和左右两侧翻转部构成,通过液压系统控制平台下方伸缩油缸及翻转油缸,可调整平台的伸展宽度.平台升降范围大,可伸缩,可翻转,收回时减小平台宽度,工作时保证较大的作业宽度.升降平台部结构组成示意图如图2所示.

图2　升降平台部结构组成示意图

3.7后支撑

后支撑由左右后支腿、左右后支腿摆转油缸以及左右后支腿升降油缸等装置组成.由于整机机身宽度的限制,将左右后支撑做成可摆转的方式,来增加后支撑左右撑地着力点的宽度,从而增加支撑机身时的稳定性.

3.8电控系统

电控系统由真空电磁启动器、控制按钮、照明灯以及声光组合电铃等装置组成.电控系统主要用来控制整机的启停、电机的保护以及电铃警示等作用

3.9液压系统

液压系统由油泵电机、串联双泵、油箱、油标尺、多路阀、操作手柄、液压油缸、油滤器、冷却器、压力表、接头、液压胶管、操作台以及覆盖件等装置组成,其中手柄和压力表安装在机架上.泵站是由45 k W电机驱动,通过油泵将压力油分别送到工作臂、升降平台、行走部、前推铲、后支撑、液压马达和各油缸.本机各油缸均设有安全型平衡阀或液压锁,以保证油缸的安全性.

4　结语

WPZ－45/350L型多功能巷道修复机是为深井变形巷道修复设计的一体化设备,该机配备工作臂＋破碎锤来进行巷道断全面变形的破碎作业,并且工作臂前端加装快速连接器进行挖斗与破碎锤的快速切换,能够挖装清理破碎下来的矸石,配备升降工作平台来进行支护作业,配备全进口液压增压器＋液压剪来进行锚杆和锚索的剪切作业,配备前铲板＋可摆转式后支撑增加整机作业时的稳定性.

WPZ－45/350L型多功能巷道修复机目前已经在安徽淮南国投新集公司进行了应用,经过一段时间的使用证明,该机适合深井变形巷道的修复工作,基本包含了整个巷道修复作业流程,可以极大地节省人力和物力,减轻工人劳动强度,具有巨大的社会效益和经济效益.原先一个巷道修复队需要30人,应用WPZ－45/350L型多功能巷道修复机后仅需1名司机和3名辅助人员即可完成,人员节省近80％,修复进尺速度也比以前手工修复提高了60％以上,极大地解决了巷道修复人工效率低下的难题.

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(责任编辑 路 强)

作者简介:朱利民(1983－),男,山东临沂人,助理研究员,硕士,主要从事煤机及相关工程机械领域的研究工作。

中图分类号TD421.4

文献标识码A