掘进施工设备防跑车装置优化设计

刘起兴

(山西焦煤汾西矿业两渡煤业，山西 晋中 031100)

0 引 言

急倾斜煤层开采过程中，很多情况下会涉及到下山掘进施工。在进行下山掘进施工的过程中，掘进设备安全可靠性相对较差，其中最大的安全隐患便是掘进设备易发生跑车、下滑问题，对于掘进作业的安全性带来极大影响。下山掘进施工中，掘进设备主要是借助于电动进行控制操作，掘进设备下行作业中，牵引停止的情况下如果制动力出现滞后导致掘进设备出现下滑、跑车安全事故。另外，掘进设备进行零点启动时，也易出现下滑、跑车问题，对于井下作业人员的人身安全造成较大威胁，同时也易导致掘进设备发生损坏。为此笔者针对掘进施工中掘进设备跑车问题进行探讨并研制专用的防跑车装置，以确保下山掘进施工作业的安全性。

1 掘进设备防跑车装置存在的问题

掘进设备防跑车装置通常情况下设置在掘进设备牵引电动装置的轴承端面位置处，对掘进设备进行防跑车制动过程中，借助于防跑车装置的摩擦副之间所形成的摩擦力确保掘进设备的动能转变成为防跑车装置摩擦副的热能[1]。

掘进设备防跑车装置运行过程中，因为整个制动过程要求时间较短，加之空气对流现象相对较弱，而且摩擦产生的热量传导性能较差，导致了防跑车装置产生的摩擦热集中于摩擦副表面，防跑车制动过程中所产生的摩擦热量较多，摩擦副温度增高。防跑车制动时，摩擦副结构的温度值不断增高，摩擦所产生的热量对掘进设备防跑车装置的稳定性与可靠性带来极大影响。

目前全盘式防跑车装置在掘进设备进行制动中摩擦热无法均匀、对称的分布，这会导致防跑车装置局部温度相对较高，导致摩擦片或是制动盘出现翘曲现象，严重时会导致开裂出现。摩擦副部件在防跑车装置内部，其温度分布情况以及温度高低情况等均无法直接被检测，要是无法及时发现并对摩擦副进行维修，极易导致防跑车装置失效，使得下山掘进施工中掘进设备出现较大安全隐患。

2 掘进设备防跑车装置设计与应用

2.1 防跑车装置性能要求

目前掘进设备中所采用的防跑车装置基本上都是借助于摩擦副部件在防跑车制动过程中所产生的摩擦力完成制动操作，掘进设备在这一过程中的动能转化为摩擦副结构的热能，从而确保掘进设备实现有效的制动，避免跑车问题出现。防跑车装置运行的安全可靠性对于掘进设备运行有着极大影响[2]。目前，在防跑车装置在掘进设备中的应用范围不断扩大，掘进施工中对于掘进设备的防跑车装置性能同样有了更高要求，大致可以归纳为下列几个方面：

(1) 防跑车装置应当保持较大扭矩容量，必须具备相对优良的稳定性能。

(2) 防跑车装置应当具备较为优良的散热性能，其摩擦副部件在制动过程中产生的最高温度值应尽可能小，同时，还应保证摩擦产生的温度场均匀、对称的分布，防止出现局部温度过高。

(3) 防跑车装置在制动过程中摩擦材料必须具有优良的高温稳定性能及很好的适应反复、频繁的高温冲击性能，受热时尽量不出现形变。

(4) 防跑车装置之中所使用的摩擦材料应具备优良的耐磨性能，确保摩擦材料能够长期使用。

(5) 防跑车装置设计结构必须稳定，运行过程中对于出现跑车问题时防跑车装置能够快速反应，便于日常维护以及检修，装置成本尽可能低。

(6) 防跑车装置制动过程中的噪音较小，对相关部件不产生损害，在使用过程中必须满足环保的标准要求。

2.2 掘进设备防跑车装置的设计与应用

此次设计中，掘进设备防跑车装置设计形式属于常闭式盘形结构湿式防跑车装置，具体结构示意图如图1所示。

图1 掘进设备防跑车装置结构示意图 1.前盖部件 2.制动盘部件 3.摩擦片部件 4.小弹簧部件 5.分隔圈部件 6.内键圈部件 7，15,17.螺塞部件 8.缸体 部件 9.螺栓部件 10.活塞部件 11.大弹簧部件 12.后盖 部件 13,16,19.O型圈部件 14.销部件 18.螺钉部件

常闭式盘形结构湿式防跑车装置设计的关键部件包含有制动盘部件、摩擦片部件、活塞部件以及缸体部件等等。防跑车装置中有五个制动盘以及四个摩擦片，他们之间以交叉形式组合在一起，制动盘和摩擦片均被安装在充满冷却油的密封形式壳结构中。其中制动盘结构通过外花键和防跑车装置的外壳结构连接在一起，制动盘能够沿着轴向方向上移动却无法转动。

摩擦片部件则借助于内花键和轴结构相互连接，轴转动时其也会同时转动，同时也沿着轴向方向进行移动。当掘进设备正常运行时，高压油液会经由液压油管而被输送至防跑车装置的油进油口，此时活塞在高压油液的影响下会向右侧方向运动，确保将活塞部件和制动盘部件完全分离开来，此种情况下防跑车装置处在松闸状态下。若是防跑车系统检测到出现下滑、跑车信号，则系统会向防跑车装置发送制动指令，防跑车装置接收制动指令后，便会将高压油路切断，此时防跑车装置中活塞部件会受到大弹簧的弹力作用而朝着左侧方向移动，将制动盘和摩擦片压紧，此种情况下防跑车装置处在抱闸状态下。防跑车装置对掘进设备进行制动过程中，包含两种不同的工况，分别为紧急制动工况以及持续制动工况。处于紧急制动工况，液压油全部被释放，此时活塞部件受到了弹簧作用影响将摩擦片部件和制动盘部件压紧，使得防跑车装置处在抱闸状态下，确保完成制动操作[3]。

处于持续制动工况下，液压油会以间歇式方式被输送至进油口位置，实现持续的制动操作，避免掘进设备发生跑车问题。防跑车装置摩擦片部件设置有油槽结构，这可以确保冷却油在摩擦片发生旋转情况下受到离心力作用形成流动，在防跑车装置对掘进设备进行制动中，冷却油能有效的带走摩擦片制动过程中摩擦所产生热量，使防跑车装置温度显著降低，确保防跑车装置工作的稳定性与可靠性。

3 防跑车装置应用实际效果

所设计防跑车装置的运行转速为1 500 r/min，松闸情况下油压值是1.4～2.0 MPa，活塞部件的行程为2.4～6.0 mm，空载的情况下力矩不超过7 N·m，当制动时力矩达到50 N·m，静制动力矩达到125 N·m，完全能够满足掘进设备防跑车制动需求。

某煤矿在进行辅运巷道的掘进过程中，其掘进层属于3下煤层顶板部位岩体，岩体的硬度系数在6～8之间，巷道结构属于半圆拱形结构，断面面积大小为20.6 m2，属于大坡度下山掘进作业，巷道掘进长度为1 600 m。不过，由于巷道掘进属于大坡度下山掘进作业，所以，在掘进作业时易发生跑车问题，对于掘进作业安全与效率产生较大影响。

在掘进设备应用防跑车装置之后，有效的避免了掘进设备下滑、跑车问题出现，自2017年4月开展掘进作业之后，未出现掘进设备跑车事故。该煤矿下山施工中掘进设备防跑车装置应用的成功，为其他情况相近煤矿提供了具有极高价值的参考与经验，能够有效的保障下山掘进施工的安全性与可靠性，为煤矿企业安全生产提供保障。

4 结 语

通过对下山掘进施工过程中掘进设备防跑车装置实践运行的分析，得出了防跑车装置在实际应用中存在制动可靠性差、制动发热量大的问题，影响到掘进设备的稳定和安全运行。通过对防跑车装置的优化改进，并将其应用到辅运巷道下山掘进施工过程中，得出了优化改进后的防跑车装置有效的提升了制动效果，防止了制动过程中出现热量分布不均匀与无法及时散失的问题，确保了防跑车装置运行可靠性，为掘进设备安全运行提供给了保障。