劉 威 ,趙金元 ,鄧顯俊

(1.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司,湖南 長沙 410012;2.中鋼集團(tuán)衡陽機(jī)械有限公司,湖南 衡陽 421002)

0 前言

在隧道挖掘或地下礦山開采作業(yè)過程中,爆破后由于巖石受到各種作用力的沖擊,巖體松動(dòng),巷道頂部及兩側(cè)的毛石不穩(wěn)固,在采掘作業(yè)循環(huán)中需要及時(shí)清理不穩(wěn)固、隨時(shí)有掉落可能的浮巖毛石,以確?，F(xiàn)場操作人員及設(shè)備的安全。目前清理毛石的設(shè)備主要有兩種,分別是人工手持式撬毛設(shè)備和機(jī)械化程度較高的專業(yè)撬毛設(shè)備[1]。人工手持式撬毛設(shè)備清除毛石,是一種非常艱苦的工作,勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低,而且危險(xiǎn)性比較大,工作現(xiàn)場冒頂、碎片飛濺、粉塵飛揚(yáng)、巖石突然移動(dòng)等,使操作人員的安全存在極大的隱患,并且,受到人力的限制有時(shí)浮巖清理很不徹底,留下事故隱患威脅下道作業(yè)安全。因此在地下礦山采掘作業(yè)或隧道挖掘中實(shí)現(xiàn)機(jī)械化浮巖毛石清理,使用地下撬毛臺(tái)車,替代人力,安全、高效地清除浮巖毛石具有十分重要的意義。因此,采用地下撬毛臺(tái)車是地下輔助車輛發(fā)展的趨勢之一。

中鋼集團(tuán)衡陽機(jī)械有限公司根據(jù)市場的需要,開發(fā)出XMPYT-60 地下撬毛臺(tái)車,如圖1 所示。該撬毛臺(tái)車是一種以柴油機(jī)為動(dòng)力、液力機(jī)械傳動(dòng)、四輪驅(qū)動(dòng)的車輛,具有外形尺寸小、結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便、轉(zhuǎn)彎半徑小、污染低等特點(diǎn),適用于地下金屬、非金屬礦山井下浮巖毛石清理。

1 XMPYT-60 地下撬毛臺(tái)車特點(diǎn)

(1)四輪驅(qū)動(dòng)、中央鉸接;

(2)駕駛室可以升降和俯仰,通過性能和觀察視線更好;

(3)工作臂為伸縮式;

(4)旋轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動(dòng)液壓錘擺動(dòng),動(dòng)作靈活、精準(zhǔn);

(5)機(jī)械式旋轉(zhuǎn)平動(dòng)機(jī)構(gòu),定位方便;

(6)模塊化設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)緊湊,維修方便;

(7)移動(dòng)性能好,轉(zhuǎn)彎半徑小,爬坡能力強(qiáng);

(8)快速收放支腿;

(9)電控?fù)Q檔、換向、操作方便、省力;

(10)采用通用底盤,只需改變其工作裝置,還可用于其它輔助作業(yè)車,例如運(yùn)人車、運(yùn)料車、維修車、油車等;

(11)關(guān)鍵零部件均進(jìn)口,保證了整機(jī)可靠性;

(12)通過國家安全生產(chǎn)長沙礦山機(jī)電檢測檢驗(yàn)中心安全檢測,完全達(dá)到表1 的技術(shù)要求,獲得國家金屬與非金屬礦山礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志認(rèn)證證書。

2 外形尺寸及主要技術(shù)參數(shù)

XMPYT-60 地下撬毛臺(tái)車外形尺寸圖,如圖2所示,主要技術(shù)參數(shù)和配置與國外Normet 公司參數(shù)比較[5],如表1 所示。

表1 XMPYT-60 地下撬毛臺(tái)車與國外Normet 公司2000M 地下撬毛臺(tái)車主要技術(shù)參數(shù)和配置[5]

圖2 XMPYT-60 地下撬毛臺(tái)車外形尺寸圖

3 動(dòng)力系統(tǒng)

動(dòng)力系統(tǒng)采用美國Cummins 公司生產(chǎn)的電噴第3 階段QSB3.9-C130-30 型低污染柴油發(fā)動(dòng)機(jī),耐久性好、動(dòng)力強(qiáng)勁、工作可靠、污染小,廢氣排放符合MASH 要求。為了進(jìn)一步降低排放和噪聲,發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)安裝了氧化催化凈化器和消音器。

4 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

4.1 車架結(jié)構(gòu)

本結(jié)構(gòu)由前車架和后車架組成。兩車架在靠近車輛中央的車架鉸接處連接。通過兩個(gè)繞立軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向鉸接軸承連接。前車架上裝有前橋、工作機(jī)構(gòu)、排障裝置和駕駛室[2]。后車架上裝有動(dòng)力裝置、整體式液力變矩器和變速箱、液壓油箱、燃油箱、水箱、散熱器。后橋裝于擺動(dòng)架上,使后橋在車架橫向上擺動(dòng)。擺動(dòng)角為±7°。

4.2 工作裝置

工作裝置由回轉(zhuǎn)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、工作臂和液壓錘組成,如圖3 所示。液壓錘是臺(tái)車的核心部件,它的正確選擇決定著撬毛效果(既能敲下松動(dòng)的巖石,又能保證被敲擊部位不會(huì)受到二次傷害)。液壓錘為通用型,用戶可根據(jù)巖石的性質(zhì)選用適用的液壓錘。

圖3 工作裝置

工作臂機(jī)構(gòu)采用了先進(jìn)的萬向節(jié)型機(jī)構(gòu),非常靈活。工作臂機(jī)構(gòu)與液壓錘共有七種運(yùn)動(dòng):一臂仰俯、二臂仰俯、二臂伸縮、三臂仰俯、液壓錘仰俯、液壓錘擺動(dòng)、工作臂擺動(dòng)等,它可以使液壓錘全方位工作。

工作臂擺動(dòng)由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的回轉(zhuǎn)支承完成;一臂、二臂、三臂和液壓錘仰俯及伸縮臂伸縮均由工程油缸完成;液壓錘擺動(dòng)由旋轉(zhuǎn)油缸實(shí)現(xiàn)。

4.3 推土鏟與支腿機(jī)構(gòu)

推土鏟鉸接于前車架前端,推土鏟起落由推土油缸完成,臺(tái)車工作時(shí)由兩個(gè)伸縮支腿在其油缸的推動(dòng)下將臺(tái)車抬起,以穩(wěn)定整個(gè)機(jī)器,如圖4 所示。

圖4 推土裝置

4.4 噴水系統(tǒng)

噴水系統(tǒng)由水箱、微型電動(dòng)隔膜泵和噴嘴組成,微型電動(dòng)隔膜泵由電瓶上的電直接驅(qū)動(dòng)。噴水有以下兩種功能:一是將撬毛過程中產(chǎn)生的巖塵捕捉于水霧之中,保護(hù)環(huán)境;二是在疑似松動(dòng)巖石處噴水,清洗巖石表面塵埃,便于觀察判斷,如圖5 所示。

圖5 噴水系統(tǒng)

4.5 傳動(dòng)系統(tǒng)

本機(jī)采用液力機(jī)械傳動(dòng)方式[3],四輪驅(qū)動(dòng)。傳動(dòng)系統(tǒng)主要由柴油機(jī)、變矩器、變速箱、前后傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)橋和輪胎等組成。采用液力機(jī)械傳動(dòng)方式能使傳動(dòng)系統(tǒng)具有自動(dòng)適應(yīng)性,即當(dāng)外載荷增大時(shí),變矩器能使車輛自動(dòng)增大牽引力,同時(shí)車輛自動(dòng)減速,以克服增大了的外載荷。反之,當(dāng)外載荷減少時(shí),變矩器能使車輛自動(dòng)減少牽引力,增加車速。它在一定的范圍內(nèi)相當(dāng)于一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)的無級變速器。液力傳動(dòng)還具過載保護(hù)性能,因?yàn)橐毫鲃?dòng)的工作介質(zhì)是液體,能吸收并減少來自動(dòng)力裝置和外載荷的振動(dòng)與沖擊,可極大提高車輛的使用壽命。

4.6 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)液壓系統(tǒng)、支腿和駕駛室升降仰俯液壓系統(tǒng)、工作裝置液壓系統(tǒng)組成,如圖6 所示。

4.6.1 轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)

轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)由油濾油器、齒輪泵、全液壓轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向油缸及管路等組成。安裝在變矩器取力口的齒輪泵提供的液壓油作用于轉(zhuǎn)向器:當(dāng)轉(zhuǎn)向器處于中位時(shí)(即直行無轉(zhuǎn)向,液壓油通過轉(zhuǎn)向器直接零壓回油箱;當(dāng)轉(zhuǎn)向器左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)時(shí),液壓油通過轉(zhuǎn)向器分別作用于左、右轉(zhuǎn)向油缸,轉(zhuǎn)向油缸推(拉),前、后車架使之繞中央鉸接點(diǎn)相對旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)升降臺(tái)車的轉(zhuǎn)向行駛。轉(zhuǎn)向靈活、輕便、可靠。

4.6.2 制動(dòng)系統(tǒng)液壓系統(tǒng)

制動(dòng)系統(tǒng)分為工作制動(dòng)、緊急制動(dòng)及停車制動(dòng)系統(tǒng)。工作制動(dòng)用于減速和停車。緊急制動(dòng)系統(tǒng)和停車制動(dòng)系統(tǒng)合二為一。緊急及停車制動(dòng)系統(tǒng)用于工作制動(dòng)失效后的應(yīng)急制動(dòng)。制動(dòng)系統(tǒng)包括濾油器、齒輪泵、溢流閥、雙回路充液閥、蓄能器、雙回路腳制動(dòng)閥、驅(qū)動(dòng)橋橋殼內(nèi)帶濕式多盤制動(dòng)器;手動(dòng)換向閥、緊急及停車制動(dòng)器、管路及壓力表等組成。

為了保證行駛安全,地下撬毛臺(tái)車制動(dòng)液壓系統(tǒng)采用雙回路制動(dòng)液壓系統(tǒng),當(dāng)一個(gè)回路出現(xiàn)故障時(shí),另一回路仍可安全制動(dòng),從而保證車輛安全。

車輛驅(qū)動(dòng)橋上有兩個(gè)彈簧缸用作的停車制動(dòng)器。當(dāng)操作停車制動(dòng)器時(shí),通過兩個(gè)彈簧加載缸產(chǎn)生制動(dòng)。當(dāng)油從制動(dòng)閥流入彈簧加載油缸,松開停車制動(dòng)器,車輛才可啟動(dòng)行駛。停車制動(dòng)器松開壓力為2.5 MPa。

4.6.3 支腿油路統(tǒng)液壓系統(tǒng)

當(dāng)撬毛臺(tái)車工作時(shí),必須放下支腿作剛性支撐,而將輪胎架空,把機(jī)架調(diào)平,每個(gè)支腿可單獨(dú)升降。

采用液壓鎖可以很好地使執(zhí)行元件在任意位置停留并鎖緊?；芈分械囊簤烘i是由液控單向閥組成,一個(gè)液控單向閥稱單向液壓鎖,兩個(gè)則稱雙向液壓鎖。圖中的支腿液壓缸在支柱期間,必須將上腔油路鎖緊防止“軟腿縮回”。當(dāng)主機(jī)提起支腿在行駛途中,又須將下腔油路鎖緊以免自行沉落,所以采用的雙向液壓鎖。伸腿時(shí),壓力油進(jìn)入缸的上腔并通過控制油路打開下腔的單向閥使下腔回油。同樣在縮腿時(shí),壓力油進(jìn)入下腔并打開上腔單向閥使上腔回油。當(dāng)換向閥處于中位時(shí),上下腔油路均被鎖緊,缸不動(dòng);這種回路結(jié)構(gòu)簡單,而且一般都直接裝在缸的進(jìn)出油口處,使泄漏的影響局限于最小范圍,故鎖緊效果較好,常用于承載豎向負(fù)荷的液壓缸。

4.6.4 駕駛室升降仰俯回路統(tǒng)液壓系統(tǒng)

駕駛室升降和駕駛室俯仰通過油缸的伸縮運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)[4],巷道空間高矮可通過操作閥控制油缸進(jìn)行調(diào)整完成駕駛室升降,通過性好。駕駛室俯仰也是通過操作閥控制油缸進(jìn)行調(diào)整完成駕駛室俯仰,觀察視野好,安全事故得到控制。

4.6.5 工作機(jī)構(gòu)回路液壓系統(tǒng)

壓力油為工作機(jī)構(gòu)的各執(zhí)行元件提供動(dòng)力。操縱司機(jī)座位左側(cè)的四路先導(dǎo)閥手柄使之處于前后、左右位置時(shí),壓力油分別驅(qū)動(dòng)一臂液控?fù)Q向閥或者回轉(zhuǎn)馬達(dá)液控?fù)Q向閥,實(shí)現(xiàn)一臂油缸活塞桿伸縮、回轉(zhuǎn)馬達(dá)正反轉(zhuǎn),從而使一臂仰俯、工作臂左右回轉(zhuǎn)。

操縱司機(jī)座位右側(cè)的四路先導(dǎo)閥,使之處于前后、左右位置時(shí),壓力油分別驅(qū)動(dòng)油缸,油缸活塞桿伸縮實(shí)現(xiàn)錘頭的仰俯。壓力油分別驅(qū)動(dòng)錘頭擺動(dòng)油缸左右旋轉(zhuǎn),錘頭實(shí)現(xiàn)左右擺動(dòng)。

操縱司機(jī)室座位左側(cè)的二路先導(dǎo)閥閥桿分別處于前后位置時(shí),壓力油驅(qū)動(dòng)液控?fù)Q向閥,實(shí)現(xiàn)二臂油缸伸縮,從而使二臂仰俯;

操縱司機(jī)座位右側(cè)的二路先導(dǎo)閥閥桿分別處于前后位置時(shí),壓力油驅(qū)動(dòng)三臂油缸液控?fù)Q向閥,實(shí)現(xiàn)三臂油缸伸縮,從而使三臂仰俯;司機(jī)座位右側(cè)的四路先導(dǎo)閥手柄上有三個(gè)紅色按鈕,呈三角形布置,上面兩個(gè)按鈕管控二臂伸縮桿油缸,下面一個(gè)管控液壓錘。按下右側(cè)按鈕,二臂伸縮桿油缸伸出,帶動(dòng)二臂伸縮桿伸出。松開按鈕,二臂伸縮桿停止運(yùn)動(dòng);按下左側(cè)按鈕,二臂伸縮桿油缸縮回,帶動(dòng)二臂伸縮桿進(jìn)入二臂中。松開按鈕,二臂伸縮桿停止運(yùn)動(dòng)。按下下面一個(gè)按鈕,液壓錘敲擊。松開按鈕,液壓錘停止。

5 與國外同類產(chǎn)品的比較

Normet 礦山機(jī)械服務(wù)公司,是一家著名的設(shè)計(jì)、制造先進(jìn)、可靠、維護(hù)成本低的地下輔助車輛公司,其中包括2000M 地下撬毛降臺(tái)車。該型外形如圖6 所示、技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

圖6 2000M 地下撬毛降臺(tái)車

由表1 比較可知,XMPYT-60 地下撬毛臺(tái)車動(dòng)力系統(tǒng)功率大,可提高承載能力、傳動(dòng)系統(tǒng)一致,外形尺寸小、操作重量輕、釬桿直徑小、破碎錘輕,設(shè)計(jì)選用一樣直徑破碎錘、性能、外形尺寸和配置基本一致或接近。

6 結(jié)束語

通過上文介紹,并經(jīng)過多個(gè)礦山實(shí)際使用,表明中鋼集團(tuán)衡陽機(jī)械有限公司研制的XMPYT-60 地下撬毛臺(tái)車技術(shù)先進(jìn)、性能穩(wěn)定、安全可靠,達(dá)到或接近國外先進(jìn)水平。