液压式矿车自动清车装置的设计与应用

刘 宏 王英杰

（山西省大同市同煤集团马脊梁矿，山西 大同 037002）

1 项目概况

同煤集团马脊梁矿1t固定式矿车箱体内黏附煤矸形成桶底现象相当严重，造成运输系统矿车车辆循环加急，车皮供应不足现象增加了电机车、提升运输绞车人力、电力资源的浪费，严重制约着生产。为解决桶底问题，公司先后采用了人工加风镐投入清底、翻笼风镐振动清底等办法，但人工加风镐投入清底劳动量投入大，工人劳动强度大，翻笼风镐振动清底容易损伤设备，打桶器效果差。因此根据油缸液压伸缩及联杆机构传动原理，自行设计、自行制作、加工和安装了一款新型的液压式矿车自动清车装置，配置BRW80/20（31.5）型乳化泵站和液压控制系统，进行矿车清底，解决了以上问题。

2 液压式矿车自动清车装置结构组成及工作原理

2.1 液压式矿车自动清车装置的组成

液压式矿车自动清车装置由BRW80/20（31.5）型乳化液泵站1套、电气控制系统、液压控制系统以及液压清挖器组成。BRW80/20（31.5）型乳化液泵站由37kW四极防爆三相异步电机弹性联轴器、BRW80/20（31.5）型乳化液泵、RX640乳化液箱以及连接管路组成，其额定流量80L/min，公称压力20MPa，该泵站负责向清挖器3个普通推拉油缸提供高压乳化液作为清挖动力。电气控制系统由KBZ200Ⅱ型矿用隔爆真空馈电开关、QB80型矿用隔爆真空磁力启动器组负责控制乳化液泵站的开停以及对乳化液泵站电动机实行漏电、漏电闭锁、过载、短路、断相、过压失压保护。液压控制系统由QJ-19截止阀、ZC80型三位四通手动液压控制阀、FDS80/40型双向液压锁组成。

2.2 液压式矿车自动清车装置液压系统的组成及工作原理

2.2.1 液压系统的组成

液压式矿车自动清车装置液压系统由BRW80/20型乳化液泵站一套、ZC80/20型三位四通手动液压控制阀、Q-19/20截止阀、FDS80/40型双向液压锁以及3个普通推拉油缸组成。

2.2.2 液压系统的工作原理

合闸KBZ200II型矿用隔爆真空馈电开关、合闸QBZ80型矿用隔爆真空磁力启动器，液压控制系统37kW四极防爆电动机得电，通过联轴器带动BRW80/20型乳化液泵运转，泵站向管路提供高压乳化液。通过操纵ZC80型手动三位四通液压控制阀使其处于推拉位时，控制3个普通推拉油缸的上下腔进回液，从而控制3个普通推拉油缸活塞杆的推拉动作。当操纵普通推拉油缸的ZC80型手动三位四通液压控制阀处于中位时，通过FDS80/40型双向液压锁锁住其油缸活塞杆长期处于该位置而不发生位移。如图1所示。

图1 液压系统工作原理图

2.3 液压式矿车自动清车装置的结构组成

液压式矿车自动清车装置主要由固定机架、定位抱、活动机架、活动机架导轮、活动机架横梁、升降油缸、油缸、铰链横梁、连杆机构、挖板、挖板转轴等组成。

升降油缸体上部与固定机架横梁铰接，下部活塞杆头部与活动机架横梁铰接，用定位抱定位升降油缸体使其活塞杆伸出缩回时只能上下移动，升降油缸活塞杆伸出缩回时，带动活动机架横梁上下移动，由活动机架横梁通过导轮带动活动机架、清桶油缸体、连杆机构，挖板向下向上移动。升降油缸体活塞杆伸出缩回行程700mm，升降油缸缸径100mm，杆径70mm，流量Q=80L/min。

清桶油缸体上部与活动机架横梁铰接，两个清桶油缸各用两根槽钢定位，使其活塞杆伸出缩回时只能上下移动，下部活塞杆头部与连杆机构铰接横梁连接，当清桶油缸活塞杆伸出缩回时，通过横梁带动连杆机构运动，连杆机构带动挖板实现挖沉积煤矸。清桶油缸体活塞杆伸岀缩回行程400mm，清桶油缸缸径80mm，杆径45mm，流量Q=80L/min。

2.4 液压式矿车自动清车装置的工作原理

液压式矿车自动清车装置的工作原理如图2所示。

图2 液压式矿车自动清车装置结构图

首先清挖：操纵液压控制阀a使其从中位到推位，升降油缸c的上腔进液下腔回液，活塞杆向下运动通过升降机架横梁带动升降机架，推拉油缸d、e缸体及连杆机构、清挖板一起向下运动，直至清挖板接近矿车桶底沉积煤矸上表面时，控制阀a使其回到中位，升降油缸c的上腔停止进液，通过双向液压锁锁住普通推拉油缸c活塞的活塞杆，同时锁住升降机架、清桶油缸d、e缸体使其长期在该位置而不发生位移。操纵液压控制阀b使其从中位到推位，清桶油缸d、c的上腔进液、下腔回液，清桶油缸d、e各自活塞的活塞杆向下运动，活塞杆通过连杆机构横梁带动两套同步的连杆机构向下运动，两套同步的连杆机构向下运动迫使挖板进行清挖运动，挖松矿车桶底沉积煤矸，该动作通过操纵液压控制阀b，使其在推拉位变动，从而实现清挖板上下往返连续清挖。

其次复位：待矿车桶底和周帮煤矸彻底挖松清理后，操纵液压控制阀b使其处于拉位，清桶油缸d、e的下腔进液上腔回液，其活塞的活塞杆向上运动，活塞杆通过连杆机构横梁带动连杆机构、清挖板向上运动，直至活塞的活塞杆全程缩回，连杆机构、挖板缩回，操纵液压控制阀b使其从拉位回到中位，清桶油缸d、e的下腔停止进液，通过FDS80/40型双向液压锁锁住油缸活塞的活塞杆长期在该位置而不发生位移。操纵液压控制阀a使其从中位到拉位，升降油缸c的下腔进液上腔回液，其活塞的活塞杆向上运动，活塞杆通过升降机架横梁，带动机架、清桶油缸体、连杆机构、清挖板向上运动，直至升降油缸c活塞的活塞杆全程缩回后，再操纵液压控制阀a使其从拉位到中位，升降油缸c的下腔停止进液，通过双向液压锁锁油缸活塞的活塞杆固定位置，清桶油缸体、连杆机构、挖板缩回，处于与轨道上表面距离30mm位置。

3 液压式矿车自动清车装置使用效果分析

3.1 安全效益

将自行设计的液压式矿车自动清车装置安装于煤矸翻笼后方3个矿车位置，边翻煤矸边由人工操作控制阀，进行不间断的清桶，通过1个多月现场使用，安全效益明显：

（1）使用安全可靠。①升降油缸缸径100mm、杆径70mm、流量Q=80L/min时，推出速度v=1.02（m/min）、拉回速度v=2.08（m/min）。装置油缸缸径80mm、杆径45mm、流量Q=80L/min时，推出速度v=1.59（m/min）、拉回速度v=5.03（m/min）。可知升降油缸、油缸活塞杆运行速度低，不存在速度冲击现象，工人操作安全。②升降和清车装置油缸公称压力可达31.5MPa，远大于清车阻力产生的油压12MPa，装置使用强度达到要求，不会因设备强度不达标而发生安全事故。

（2）工人通过操作控制阀，控制伸缩油缸、连杆机构、挖板动作进行清桶，工人操作简单，大大降低了工人劳动强度。

（3）运行速度低，可操控性强，不存在冲击震动，清桶时不会造成矿车变形，减少了设备报废率和检修维护费用的投入。

3.2 经济效益分析

液压式矿车自动清车装置应用后，工人的操作简单，可操控性强，矿车内底部及底部以上黏附的煤矸清理率达90%以上，不会造成矿车箱体变形。一个小班人工清理132辆/（人·班），一天三班倒，岗位人员3名，该矿工人工资9万元/年左右，材料消耗和检修人工费2.4万元/月，电费13.2万元/年，共24.6万元/年左右，相比以往可节约10万元/年，运营经济效果较好。

4 结语

该矿自行设计的液压式矿车自动清车装置具有使用安全可靠、工人操作简单、可操控性强、废旧利新、清桶率高、降低工人人工费用、降低材料消耗设备损坏检修维护费用、降低矿车报废率等优点，安全效益较好，并为企业创造了较好的经济效益，可以在集团内部进行推广应用。