悬臂式掘进机截割伸缩臂抱闸装置的设计探析

王 宇

（晋能控股煤业集团王村煤业公司，山西 大同 037000）

引言

悬臂式掘进机截割主要由两类构成，分别是不伸缩与伸缩。伸缩式结构所具有的特征为固定筒体中有伸缩臂滑动，而且有间隙存在于固定筒体和伸缩臂之间。当进行截割时，因为伸缩式结构间隙，所以导致截割部不能均匀受力与振动。由于使用时间逐渐增长，两者之间的间隙会慢慢变大，产生的脉动冲击也将逐渐加重。若间隙比较大时，如果不能马上进行处理，就会增加有关零部件产生严重变形或故障的风险。因此，设计了一款掘进机截割伸缩臂抱闸装置，该装置能够把固定筒体和伸缩臂之间的间隙消除掉[1-3]。当掘进机的截割头在完成伸缩动作时，抱闸油缸出于不产生推力的状态，当截割臂进行伸缩作业时，该抱闸油缸会及时产生推力让掘进机伸缩臂紧贴固定筒体，有效地解决了截割部进行左右、上下截割摆臂时对筒体所产生的冲击及有害振动的问题。

1 抱闸装置的工作原理和重要的技术参数

1.1 工作原理

抱闸装置由抱闸油缸与抱闸阀组组成。以下元件组成了抱闸阀组，包括蓄能器、逻辑换向阀、单向阀、安全阀等。而且抱闸阀组的作用主要为把压力油自有油路存在的伸缩油缸中取出来，而且抱闸与松闸可以经过蓄能与逻辑控制来完成；蓄能是在其截割头作出伸缩动作时开始，可是压力油不能被输出来；在截割头停止伸缩动作时，就会使抱闸油缸接收已经蓄好的压力油，有害间隙的消除可以经过张紧油缸来实现。而且抱闸油缸还是双作用的油缸，小腔与大腔通的分别为大气与液压油，而且小腔在通大气时会把复位弹簧设置在内。在压力油不在通过大腔时，此时油缸的状态是缩回，对伸缩臂的伸缩没有影响。在高压油通过大腔时，就会伸出活塞杆，促进固定筒体更贴紧伸缩臂，把其间隙进行消除。图1 为详细的液压原理图。

图1 液压原理图

以下两种状态就构成了其液压具体的工作原理：

1）在松闸状态下，在伸缩其伸缩油缸时，梭阀会把缩回油源或伸出油源从伸缩油缸中输入至常闭逻辑阀、常开逻辑阀及单向阀。与此同时，先导控制常开逻辑阀的油成高压，对其弹簧力进行克服，向右更换阀芯的方向，而且当时是关闭的状态；先导控制常闭逻辑阀的油成高压，对其弹簧力进行克服，向右更换阀芯的方向，此时是打开的状态。蓄能器中的压力油，是经过单向阀之后输送到蓄能器，因为常开逻辑阀为关闭状态，所以，高压油被蓄能器所储存。因为打开是常闭逻辑目前的状态，所以，其大腔是低压回油，是松闸状态。

2）在抱闸状态下，在停止伸缩其伸缩油缸时，此时的梭阀油路就是低压回油，常闭逻辑阀与常开逻辑阀当时所处的状态分别为打开与关闭。与此同时，抱闸油缸的大腔会输入已储存的高压油，并且通过蓄能器得以实现，就是抱闸油缸所处的状态是抱闸。

抱闸油缸大腔的油路与安全阀相连，避免其之外的负载发生骤变时会导致高压冲击产生，对抱闸油缸进行保护。设置背压阀的压力大概是0.05 MPa，避免停机时间比较长而导致排空液压油。

1.2 重要技术参数（如表1 所示）

表1 抱闸装置最重要技术参数

2 抱闸阀组的构成

液压阀件、抱闸阀块、蓄能器等构成了抱闸阀组。图2 为其结构示意图。

图2 抱闸阀组结构示意图

由图2 中能够得知，液压切换装置的安装简单、体积小、构成简单，连接所有管路的方法也比较简单。

隔膜式的蓄能器被抱闸阀组所使用，建议容积的大小是0.5 L，N2 用于该蓄能器，计算气压值要按照其所处于的液压体系所在的压力值。

阀件在该抱闸阀组中都是插装式阀，铰刀对所有的阀孔进行加工，而且加工的精度非常高。在进行设计时，使用的插装件要尽可能是相同的供货商，插孔的大小相同，插孔在加工时要准备刀具。

3 抱闸油缸的构成

从图3 可以看出，抱闸油缸是双作用油缸，小腔与大腔通的分别为大气与液压油，而且小腔在通大气时会把复位弹簧设置在内。衬板、缸筒、碟簧、密封、活塞等组成了抱闸油缸。在缸筒的最底层有一个油口直通油缸的大腔，有外螺纹存在于缸筒的外侧，主要用作安装抱闸油缸。活塞密封、支撑环存在于活塞中，用于隔离油缸的大腔与小腔。把碟簧设置在油缸小腔的内侧，主要用作复位活塞。把黄铜衬板用在和伸缩臂相接触的地方，以防伸缩臂被划伤。

图3 抱闸油缸结构示意图

4 抱闸装置的液压管路

基于图4 中的方法，把该抱闸装置接到整个机器的液压管路系统。

在图4 中能够发现，伸缩臂油缸的出油口与进油口提供了其动力，油压能够达到25 MPa，流量与压力都特别充足。抱闸阀组提供动力给抱闸油缸，液压管件把两者连接起来。回油管路与低压回油管路相连接，而且其二者对应的分别是爆炸装置与液压系统。

图4 抱闸装置液压管路图

5 工业性试验效果分析

把当作样品的该抱闸装置安置于EBZ200 掘进机中。最先使用的时间是2019 年，自2019 年到现在，该装置一直在正常运行，其可以把固定筒体和伸缩臂在滑动的副间隙消除，可以有效防止掘进机截割伸缩臂与筒体冲击的问题。

6 结论

1）当把抱闸装置安装到掘进机截割伸缩臂，抱闸油缸把固定筒体和伸缩臂张紧，使其自动处于贴紧的形态，可以把固定筒体和伸缩臂在滑动的副间隙消除，可以有效防止掘进机截割伸缩臂与筒体冲击的问题，特别是岩巷掘进。

2）把该装置换成液压控制时，不会受限于电气防爆，其安装简单、体积小。关于井下已经采用的固有掘进机一样适用，能够把在固有的掘进机截割伸缩处设置该抱闸装置，使升级改造固有设备得以实现，具有广阔的市场前景。