煤矿支架搬运拖车快速装卸系统设计

姚志功

(中国煤炭科工集团 太原研究院有限公司， 山西 太原 030006)

0 引言

煤矿无轨胶轮式支架搬运车，可实现液压支架装载后井口与工作面的直达往返运输，具有“点对点”的作业特点，可以省去中间转载环节，从而节约了大量时间，鉴于对液压支架运输环节的高效性，支架搬运车被广泛应用于煤矿井下综采工作面的辅助作业中，逐渐成为国内大中型矿井综采工作面快速搬家倒面不可或缺的设备[1]。

除了液压支架运输环节的高效性外，液压支架装卸环节的高效性也是提升支架搬运车作业效率的关键因素。支架搬运车由前机架与后机架通过中央铰接结构连接而成，前机架承载车辆动力系统、传动系统、液压系统、驾驶操作系统等部件，后机架为支架搬运车的工作机构,即支架搬运拖车(以下简称支架拖车)。支架拖车是支架搬运车重要的组成部分之一，也是整个液压支架的运输载体[2]，拖车上所配套的液压支架快速装卸系统，用来实现液压支架的快速装卸，本文将对支架拖车的快速装卸系统进行详细论述。

1 支架搬运拖车结构

支架搬运拖车是基于U形框架设计的，如图1所示，按照其提升方式的不同，支架拖车可分为封底式拖车和链轮式拖车两种。链轮式拖车属于液压支架专用车，结构简单，装卸方便[3]，但受其链轮间距的影响，这类拖车对液压支架的尺寸适应范围较窄。而封底式拖车的运输可适用于井下所有架型，同时可运输除支架以外的其他井下设备，因此在井下的应用越来越广泛[4]。

a) 链轮式拖车

封底式拖车主要由U形框架、推移机构、牵引机构、提升机构、轮胎、制动器等组成。U形框架是液压支架的承载基体，提升机构负责U形框架的升降，推移机构负责推出液压支架，牵引机构负责牵引液压支架，推移机构、牵引机构及提升机构3部分共同组成了封底式支架搬运拖车快速装卸系统。拖车快速装卸系统各部分的作业协调性和动作灵活性决定了液压支架的装卸效率[5]。

2 支架快速装卸系统工作过程及其控制

支架搬运拖车工作过程为：

1) 装架过程。首先操作车辆将拖车倒退至支架滑靴处，操作升降机构落低U形框架托板，操作牵引机构伸出绳索将支架拉至U形框架内，顶紧推移机构，然后操作升降机构抬高U形框架托板，实现装架。

2) 卸架过程。操作升降机构落低U形框架托板，释放牵引机构绳力，然后操作推移机构将支架推出U形框架，最后操作升降机构复位U形框架托板至水平状态，实现卸架。

支架搬运拖车快速装卸系统中执行机构较多，同时在装架与卸架时，装卸系统中牵引机构与推移机构的动作顺序具有主动随动先后不一致的特点，因此拖车快速装卸系统需设计合理的工艺过程。支架搬运拖车装架时，启动牵引机构牵引支架，此时推移机构应处于自由不工作状态，随着支架逐步进入车仓，推移机构应相应缩回，否则推移机构将会阻止支架进入车仓。卸架时，启动推移机构推出支架，此时牵引机构应处于自由不工作状态，随着支架逐步推出，牵引机构绳索应相应无负载随动伸出，避免牵引绳索阻碍支架推出，从而实现液压支架的快速装卸，满足支架装卸过程的高效性要求。

图2所示为支架快速装卸系统逻辑集成控制原理，其中牵引回路和推移回路包括一个液压马达和一组推移油缸。牵引马达和推移油缸的动作是通过操作外置先导阀控制支架搬运拖车上的方向控制阀和顺序阀来实现的。装架时，推移油缸先缩回，然后马达动作，将支架牵引至拖车上。卸架时，推移油缸伸出，推出支架，此时马达空载随动自由运行。当支架在U形框架内滑动过快时，顺序阀执行动作，牵引机构立即施加反力，从而保证了卸架过程的稳定性。

图2 支架快速装卸系统逻辑集成控制原理

3 快速装卸系统提升机构设计

支架装卸系统提升机构可实现支架拖车U形框架托板的升降，如图3所示，传统型装卸系统提升机构由提升悬架、提升导槽及2个提升油缸组成。提升悬架与轮胎制动总成相连接，组成独立的悬架单元，悬架单元嵌入在U形框架提升导槽内，并通过2个提升油缸与U形框架结构连接，悬架单元落于地面，提升油缸动作时即可实现U形框架的升降。

1-提升导槽;2-提升悬架;3-提升油缸;4-轮胎制动总成;5-U形框架。

这种提升机构布置于轮胎制动总成与U形框架结构之间，使得支架拖车车宽方向的尺寸较大，导致其巷道适应性变差，也难以满足煤矿拖车直接下罐快速下架的要求。另外，提升油缸直接与轮胎制动总成连接，负载较大，拖车在颠簸不平的井下巷道运行时，提升油缸容易泄压，存在安全隐患。针对这种情况，需要研究一种新型拖车提升机构，以提高拖车的使用性能。

适用于快速装卸系统的新型提升机构由提升油缸、曲柄、导槽等组成，如图4所示。与传统型提升机构一样，曲柄与轮胎制动总成相连接，组成独立单元—曲柄悬架，曲柄悬架嵌入至U形框架导槽内，并与U形框架下方销轴连接，实现转动，曲柄上方通过提升油缸与U形框架连接。

1-U形框架;2-提升油缸;3-曲柄;4-轮胎制动总成;5-导槽。

快速装卸系统提升机构工作过程为：提升油缸收缩时，曲柄悬架绕U形框架下方销轴转动，此时曲柄悬架绕轮胎中心逆时针摆动，同时曲柄从导槽上部滑出，使U形框架逐渐倾斜，直至支架拖车后边缘落地，此时操作牵引机构将液压支架拉至框架仓内；然后提升油缸伸出，曲柄反向动作，直至U形框架升至水平，完成液压支架的装载作业，卸架时反向操作即可。

适用于快速装卸系统的新型提升机构，将提升油缸布置于拖车U形框架上方，优化了拖车宽度方向的尺寸空间，提高了其结构紧凑性，提升了支架搬运拖车的巷道适应性及拖车下罐的便捷性。同时，相比于传统型提升机构，快速装卸系统提升机构基于曲柄连杆式杠杆原理，优化了提升油缸的作用力臂，加大了拖车的提升能力，同时加快了拖车U形框架的提升速度，从而提高了支架的装卸效率。

4 结论

作业高效性一直是支架搬运车发展的核心主题。本文通过阐述影响支架搬运车作业效率的关键环节，提出支架拖车快速装卸系统的重要性。叙述了封底式支架拖车的使用特点及工作原理，定义了拖车快速装卸系统的组成，详细分析了拖车快速装卸系统的工作过程及控制原理，并设计了适用于拖车快速装卸系统的新型提升机构，保证了拖车快速装卸系统的作业效率，改善了支架拖车的巷道适应性。