侧卧式挖掘机在煤矿生产上的应用

张洋 王德刚 宋扬 刘加明 高勇

摘要：介绍一种新型煤矿井下使用的侧卧式挖掘机，该挖掘机应用液压传动原理实现巷道拉底和清理设备下方的浮货浮煤工作，能替代人工清煤浮货，且安全高效能完成巷道标准化工作。尤其是该挖掘机可俯卧旋转70°角，操作灵活简便，可减轻煤矿井下作业人员的劳动强度，提高了工作效率，促进煤矿高效安全生产。

关键词：侧卧挖掘机;千斤顶;高效节能

前言：

在现代化的煤矿生产矿井中，在面对煤矿井下运输设备下方出现的浮货、浮煤及巷道出现的底鼓等问题，以往的煤矿作业均是由人工进行清扫、清除、拉底作业，既费时间又耗费人力、物力。尤其是在运行的胶带输送机等设备下方清扫作业时，必须停机停器，确保设备停机无误后，才能人工进行清扫。停机作业，会中断胶带运输煤炭的生产时间，影响矿井生产效率。针对这一难题，铁煤集团大兴矿设计加工制作一种新型煤矿用侧卧挖掘机（以下简称侧卧挖掘机）解决了上述难题。该机具有运行平稳、动作可靠、除货拉底效率高等优点。

1 侧卧挖掘机设计要求

1.1侧卧挖掘机使用要求

由于井下工作环境的特殊性和设备运输煤炭的复杂性。对侧卧挖掘机提出更多要求，要求侧卧挖掘机不仅能挖掘和清除巷道底部的浮货和浮煤，还要能清除设备下方、人员不能进入及犄角旮旯等地点的浮货和浮煤。这就要求侧卧挖掘机的设计高度不能超过1.6m，卧底深度不能小于500mm，且让侧卧挖掘机的动臂像人的手臂一样旋转自如，挖钩到设备最低处最难触碰到的地点浮货浮煤。

1.2侧卧挖掘机性能要求

侧卧挖掘机除具有掘进机的挖掘、清底功能外，增加了侧卧清货功能，它具有使用灵活、能耗低等优点，适用于空间狭小的施工作业地点，保养、维护和运输方便，可在胶带输送机下方清理浮煤浮货及煤矸石。

2 侧卧挖掘机工作原理及技术参数

2.1工作原理

侧卧挖掘机是利用液压传动原理进行相关动作的执行，液压动力源取自煤矿井下的液压泵站，驱动各种千斤顶做直线往复运动，带动侧卧挖掘机动臂和铲斗进行回转、伸缩、侧卧、挖掘、装货及清扫运动。

2.2技术参数

主要技术参数有：侧卧挖掘机整机重1200kg，长宽高1400mm×600mm×1600mm，铲斗长宽高550mm×400mm×400mm，铲斗容量0.085m，铲斗挖掘力196KN，动臂转角70°，泵站压力31.5Mpa，流量400L/min。最深挖掘深度700mm，最大挖掘半径4000mm，最小回转半径1800mm;底座长宽高1400mm×600mm×400mm。

3 侧卧挖掘机简介

3.1侧卧挖掘机各部分组成

侧卧挖掘机由底座、侧卧架、圆形回转台、旋转臂、可伸缩的推拉千斤顶、铲斗、胶管和操纵机构组成。

3.2侧卧挖掘机功能

侧卧挖掘机利用液压动力源执行各部千斤顶的回转、推拉、挖掘动作。底座可直接安装在设备下方，底座上的回转台通过回转千斤顶能向两侧各旋转70°，使铲斗的回转半径达到4m;侧卧架通过侧卧千斤顶动作达到侧卧260mm，且能使铲斗卧底700mm深，可伸缩的推拉千斤顶（动臂油缸）布置在动臂下方，实现挖掘机的伸臂、收臂、挖钩、斗杆和清扫货物功能。

3.3侧卧挖掘机的各种千斤顶行程

伸缩千斤顶行程400mm;回转千斤顶行程400mm;动臂1千斤顶行程310mm;动臂2千斤顶行程400mm;斗杆千斤顶行程400mm;铲斗千斤顶行程390mm。

3.4侧卧挖掘机强度校核

使用液压泵站作为动力源，液压泵站调定压力为10MPa，缸径100mm，活塞杆直径70mm，伸缩长度400mm的千斤顶。

3.4.1千斤顶推力与拉力进行校核

F=PS=ΠdP/4=3.14×100×10×10×10/4=78.5KN

F=PS=Π（D-d）P/4=3.14×（100-70）×10×10×10/4=40KN

铲斗容积为0.085M物料比重为1.8×10KG/ M则每斗重量m=ρv=0.085×1.8×10=153KG

由于侧卧挖掘机主要使用千斤顶做推拉工作，通过上面计算，推力大于铲斗装货的重量，故满足要求。

3.4.2焊缝焊接强度校核

侧卧挖掘机采用16mmQ235钢板焊接，各个千斤顶支撑连接耳座焊缝强度最弱，耳座大小长*宽*高均为200mm*16mm*200mm，查《机械设计手册》16mmQ235钢板许用拉应力【σ、t】=235MPa

由公式σ=F/Lδ≤【σ、t】得F= Lδ【σ、t】式中以知焊缝长度L=200mm=20cm，δ=16mm=1.6cm 【σ、t】=235MPa=2350kgf则F=20×1.6×2350=75200kgf=75200×9.8=736960N≈737KN

通过核算焊缝焊接抗拉强度大于千斤顶的推力与拉力，故強度满足要求。

4 侧卧挖掘机优点及效果：

侧卧挖掘机动作平稳可靠，操作简单，能独立完成清煤、除货和装货工作。可一人独立操作，即节省了人力，又提高了工作效率。该机可在运转的胶带输送机下方进行清理浮货浮煤工作，减少了以往人员在胶带输送机下方处理浮货浮煤必须停器作业而影响生产的时间。使用侧卧挖掘机是机械化替代人工作业的新方法，该机既能确保作业人员的人身安全，又能避免了在犄角旮旯作业地点出现的顶板冒落和片帮带来的安全隐患。

4.1侧卧挖掘机具体优点

（1）操作简单，只需一人即可完成清煤清货作业。

（2）清煤清货拉底速度快，减少清煤拉底的复杂工序。

（3）機械化作业，提高工时利用率。

（4）高效率拉底清货作业可有效地减少和避免了中断影响生产的时间。

4.2侧卧挖掘机应用效果和注意事项

4.2.1侧卧挖掘机具体应用效果

2019年3月，该机在铁煤集团大兴煤矿S2-903运顺使用后，节省人力同时减轻了作业人员的劳动强度，提高工作效率，是机械化清除浮货和堆积煤矸石的高效设备。该机自投入使用以来，提高了巷道拉底和胶带输送机下方的清货清煤工作效率，受到井下作业单位的一致认可，值得在各大煤矿推广和使用。

4.2.2侧卧挖掘机操作注意事项

（1）操作前检查泵站是否达到标准，检查油箱油质是否合格。

（2）操作前检查各传动部件是否连接可靠。

（3）操作前检查液压系统管路连接是否正确、到位，U型销是否齐全可靠。

（4）操作时要时刻注意运行状态，是否有刮卡现象。

（5）操作前检查作业地点环境是否畅通，回转范围内是否有障碍物。

结束语：

目前，我国煤炭企业在安全生产过程中，仍有很多需靠人工完成搬运、清理浮煤浮货的工作，怎样通过先进的科学技术设计出适应煤矿安全生产的机械化、自动化设备，是摆在矿山技术人员面前需要长期探索的课题，该新型侧卧挖掘机运用人的手臂动作机理，巧妙地设计出侧卧、挖掘、旋转、清扫、装运煤矸等多项功能，替代了人工清货拉底工作，清货拉底的速度较快，达到了清煤拉底的机械化和高效率，同时能保证作业人员的人身安全，鉴于该设备的诸多优点，具有很好的推广价值和应用前景。

参考文献：

[1]  雷天觉 《新编液压工程手册》北京理工大学出版社

[2]  张群生 《液压与气压传动》  机械工业出版社

[3]  陈榕林 《液压技术与应用》 北京电子工业出版社

[4]  徐灏.《机械设计手册》  北京机械工业出版社

[5]  何存兴.《液压传动与气压传动》.武汉：华中科技大学出版社

作者简介：张洋，（1980-12-），男，辽宁省法库县人，大学本科学历，工程师，2016年毕业于辽宁工程技术大学，从事煤矿机械制造研究，现任铁法能源公司大兴煤矿综检车间主任。曾在多种煤炭专业杂志上发表多篇技术论文。

（作者单位：1.铁法能源公司大兴煤矿;2.铁法能源公司大隆煤矿）