羅孝書

【摘要】由于部分斷面掘進機具有生產(chǎn)效率高、掘進速度快、適應(yīng)性強、調(diào)動靈活等優(yōu)點，目前巳成為各主要產(chǎn)煤國家不可缺少的生產(chǎn)設(shè)備，發(fā)展很快。我國也有了多種定型產(chǎn)品，掘進機的使用數(shù)量也在逐年增多。

【關(guān)鍵詞】采煤部分斷面巷道掘進機原理方式

所謂部分斷面巷道掘進機，是指其工作機構(gòu)僅能同時截割工作面煤巖斷面的一部分。為了截割破落整個工作面的煤巖.必須平行于工作面連續(xù)移動其工作機構(gòu)進行多次切割，才能最后形成要求的巷道斷面尺寸。由于部分斷面掘進機具有生產(chǎn)效率高、掘進速度快、適應(yīng)性強、調(diào)動靈活等優(yōu)點，目前巳成為各主要產(chǎn)煤國家不可缺少的生產(chǎn)設(shè)備，發(fā)展很快。我國也有了多種定型產(chǎn)品，掘進機的使用數(shù)量也在逐年增多。

一、部分斷面巷道掘進機結(jié)構(gòu)分析

部分斷面巷道掘進機一般均由工作機構(gòu)、裝載和轉(zhuǎn)運機構(gòu)、行走機構(gòu)，以及液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、噴霧滅塵系統(tǒng)組成。下面對部分斷面掘進機的各主要組成部分的結(jié)構(gòu)作一簡要分析。

1.工作機構(gòu)

部分斷面巷道掘進機均采用懸臂式工作機構(gòu)，即在機器前端伸出的懸臂上裝截割頭，懸臂可沿工作面的水平或垂直方向作左、右或上、下擺動。這種方式的主要優(yōu)點是，對復(fù)雜的礦山地質(zhì)條件適應(yīng)性較好，對掘進巷道的形狀一般無限制，結(jié)構(gòu)較簡單。由于懸臂式工作機構(gòu)的外形尺寸比掘進斷面小，因此便于維修和更換截齒，也便于及時支護巷道。但由于懸臂較長，工作時易引起機器振動，影響機器的穩(wěn)定性。

截割頭相對懸臂的布置方式，可以分為縱軸式和橫軸式兩種。

橫軸式的截割頭旋轉(zhuǎn)軸線與懸臂軸線互相垂直。在工作時截齒的截割方向比較合理，碎落煤巖比較省力，排出切屑也比較方便。橫軸式截割頭在工作中的截割阻力被機體自重所吸收.因此與縱軸式掘進機相比，在同樣功率的條件下，橫軸式掘進機的重量要輕三分之一左右。但橫軸式工作機構(gòu)在切進工作面時必須左、右移動，向上或向下截割時，也必須輔以左、右移動，才能使懸臂上不裝截齒的斷面不接觸工作面，所以不如縱軸式工作機構(gòu)使用方便。

為了充分利用懸臂長度，掘進機工作機構(gòu)減速器一般均為工作懸臂的一部分，且有多種傳動方式。如ELMB型掘進機采用兩級2K—H行星齒輪減速器，這種方式具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量較輕、傳動功率和速比大、效率高的優(yōu)點，所以在縱軸式掘進機工作機構(gòu)中應(yīng)用較多。但是行星齒輪傳動的制造和裝配要求比圓柱齒輪傳動高得多，若需要變速還需要另外增設(shè)變速箱。

AM一50型掘進機的工作懸臂不能伸縮，因此在掘進機開始工作時，需借助履帶行走機構(gòu)的推進力切入煤壁。雖然其優(yōu)點是機器結(jié)構(gòu)比較簡單，但工作時履帶機構(gòu)進退頻繁，加劇磨損，操作不便，而且不能利用截割頭開挖水溝和柱窩，因此，部分斷面掘進機大都采用可伸縮的懸臂式工作機構(gòu)。機器工作時，截割頭借助懸臂的伸縮切入煤壁，而不需開動履帶行走機構(gòu)。

掘進機的截割頭與采煤機滾筒的區(qū)別是，掘進機截割頭在工作時有旋轉(zhuǎn)、縱向進給和橫向進給三種運動，因此，截割頭的形狀和截齒的布置要同時從旋轉(zhuǎn)一縱向進給、旋轉(zhuǎn)一橫向進給兩個方向綜合考慮。

縱軸式掘進機的截割頭一般為截頂圓錐狀，這樣能保證截割出來的頂、底板比較平整，截割頭由錐體、齒座、錐形截齒和中心鉆等組成。齒座成螺旋線焊接在錐體上，共裝有30個截齒。中心鉆用來超前鉆孔，為錐形截齒開出自由面，以利截割。截割頭上還布置有19個用于內(nèi)噴霧滅塵的噴嘴。橫軸式掘進機的截割頭多采用兩個對稱的半球狀滾筒，如AM—50型掘進機的截割頭。

截割頭上的截齒有扁形截齒和錐形截齒兩種。在煤巷中一般兩種都可使用，在半煤巖巷道中一般采用扁形截齒。

2.裝載與轉(zhuǎn)運機構(gòu)

部分斷面巷道掘進機上用得最普通的裝載機構(gòu)是扒爪機構(gòu)。這種機構(gòu)工作可靠，裝載效果好。但因掘進機工作時履帶一般不能隨意開動，所以裝載面寬度受到限制。為了擴大裝載面寬度，某些掘進機的裝載鏟板可水平擺動，但這又使機器結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。

EM1—30型等掘進機采用雙環(huán)形刮板鏈裝載機構(gòu)。它是用兩個較短的環(huán)形刮板鏈2按圖示方向運行，把鏟板上的煤巖裝入中間刮板輸送機上的。由于兩個環(huán)形刮板鏈的導向架可以繞各自的鏈輪軸擺動，因此裝載面寬度可以調(diào)節(jié)。但是裝載面寬度不能超出鏟板寬度，所以調(diào)節(jié)的范圍是有限的。這種機構(gòu)比扒爪機構(gòu)復(fù)雜，裝載效果較差。是一種刮板式裝載機構(gòu)，按刮板鏈圖示方向運行，把鏟板上的煤巖送入刮板輸送機。

部分斷面巷道掘進機一般有兩級轉(zhuǎn)載機，即中間刮板輸送機和膠帶裝載機。如ELMB型掘進機的裝運機構(gòu)傳動系統(tǒng)，由安裝在中間刮板輸送機機頭處的兩臺液壓馬達驅(qū)動刮板鏈，通過機尾從動軸將動力傳給扒爪裝載機構(gòu)。這種傳動方式可以不在裝載鏟板下面安裝動力裝置，設(shè)計和使用都比較方便，但刮板鏈受力較大。

掘進機的第二級轉(zhuǎn)載機一般采用帶式輸送機，其作用是將中間刮板輸送機運出的煤巖轉(zhuǎn)運至掘進機的后配套運輸設(shè)備中去。為了卸載方便，膠帶轉(zhuǎn)載機卸載端一般可水平擺動和垂直升降。膠帶轉(zhuǎn)載機的傳動方式一般有三種形式：第一種如ELMB型掘進機，由兩臺擺線液壓馬達直接驅(qū)動主動滾筒；第二種如AM一50型掘進機，由電動機經(jīng)減速器驅(qū)動主動滾筒；第三種如EM1A—30型掘進機，采用電動滾筒，即將電動機和減速器裝在主動滾筒內(nèi)，結(jié)構(gòu)比較緊湊。

3.行走機構(gòu)

部分斷面巷道掘進機一般采用履帶行走機構(gòu)，這是因為履帶行走機構(gòu)具有牽引能力大、機動性好、工作可靠和對底板適應(yīng)性好等優(yōu)點。履帶行走機構(gòu)不僅是驅(qū)動掘進機行走的工作裝置，又是整臺掘進機各部件的連接、支撐基礎(chǔ)。為使掘進機調(diào)動靈活，兩條履帶大都采用分別驅(qū)動的傳動方式。

ELMB型掘進機采用兩臺內(nèi)曲線低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達分別直接驅(qū)動兩條履帶的主動鏈輪，此種履帶行走機構(gòu)最為簡單。

4.液壓系統(tǒng)

除工作機構(gòu)外，裝運機構(gòu)、履帶行走機構(gòu)、膠帶轉(zhuǎn)載機也可以采用泵一馬達系統(tǒng)來驅(qū)動。這種驅(qū)動方式的特點是結(jié)構(gòu)緊湊、操縱方便、調(diào)速性能和過載保護性能都較好。由于工作機構(gòu)要求有較大的過載能力，而液壓馬達對沖擊載荷和短時過載的適應(yīng)性較差，故一般掘進機的工作機構(gòu)都采用電動機單獨驅(qū)動方式。現(xiàn)以ELMB型掘進機為例，說明掘進機液壓系統(tǒng)的工作原理。

ELMB型掘進機除工作機構(gòu)外，其余各部分的動作均采用液壓傳動。

整個液壓系統(tǒng)中各回路的壓力值可通過耐振壓力表觀察。壓力表由壓力表開關(guān)閥控制。若需觀察某回路壓力時，可操縱壓力表開關(guān)旋鈕至指定回路刻度，再從壓力表上讀數(shù)即可。一般情況下，壓力表開關(guān)閥處于閉合位置，壓力表針指向零。

為使機器空載調(diào)動時提高行走速度，回路II和III采用合流裝置，可通過一個二位三通轉(zhuǎn)閥，將回路II的流量合并到回路II中去，此時回路II流量增加，行走速度由2.86m/min提高到5.04m/min，回路Ⅲ此時停止工作。

5.除塵裝置

巷道掘進機由于連續(xù)地截割煤巖，工作面粉塵很大，單靠通風不能將空氣中含塵量降到標準范圍以下。煤巖粉塵不僅危害人身健康，甚至無法進行生產(chǎn)，而且粉塵還是井下煤塵爆炸的根源。隨著煤巷、半煤巖巷掘進機的日益發(fā)展，掘進工作面的除塵問題也越來越突出。

目前，部分斷面巷道掘進機均設(shè)置有外噴霧或內(nèi)、外噴霧結(jié)合的噴霧滅塵系統(tǒng)。如ELMB型掘進機內(nèi)、外噴霧滅塵系統(tǒng)，包括有內(nèi)噴霧、外噴霧和冷卻一引射噴霧三部分。其供水裝置為PB80/55型噴霧水泵，流量為80L/min，最高壓力為5.5MPa。

引射噴霧器由噴嘴、引射風筒、導水芯子等組成。當壓力水從裝有螺旋導水芯的噴嘴中高速噴出時，引射風筒的后部形成一個負壓區(qū)，風筒后部周圍空氣被吸入并形成風流。風流在經(jīng)過引射風筒的直線段喉管時.速度達到最大，并隨水霧一起噴射到前方，噴出的水霧呈圓錐狀。引射噴霧器安裝在主機前部導軌兩側(cè)，噴霧口徑2.5mm加，工作壓力≤1MPa。

外噴霧裝置的噴嘴安裝在掘進機工作臂上，按不同的噴射角度在固定架上布置了8個引射噴嘴。噴出的水霧擴散后包絡(luò)截割頭使截割過程中產(chǎn)生的粉塵遇水霧濕潤后沉降。

內(nèi)噴霧裝置的19個噴嘴布置在截割頭上，壓力水經(jīng)噴嘴向截齒切割點噴霧。截割頭截割9煤巖時，噴嘴也隨之旋轉(zhuǎn)并伸人煤巖，可實現(xiàn)濕式截割，這樣不僅可減少粉塵，同時還可對截齒起到冷卻的作用，抑制截齒摩擦可能產(chǎn)生的火花，延長截齒的壽命。

噴霧滅塵裝置雖可在一定程度上降低粉塵含量，但由于噴嘴在截割工程中易堵塞，易損壞，因而使降塵效果不好，不能保證應(yīng)有的空氣凈化程度。為了提高降塵的效果，國外一些掘進機除采用噴霧滅塵外，還采用各種集塵器除塵，其工作原理主要是利用風機，使集塵器內(nèi)產(chǎn)生負壓，將工作面含塵空氣吸人集塵器，然后采用濕式或干式方法分離粉塵，最后將凈化過的空氣排入巷道中.集塵器的除塵效果比較好，但體積較大，功率消耗大.噪聲也大。在所掘巷道斷面較小時，使用很不方便，故目前我國還很少使用。