基于悬臂式掘进机机载支护作业平台的研发论述

杨志丹

摘 要：本文主要分析了基于悬臂式掘进机机载支护作业平台的研发问题，其次对总体结构方案设计、液压系统设计、技术参数设计以及结构特点方面的问题进行阐述，通过相关分析希望进一步提高悬臂式掘进机机载支护作业平台研发水平，在保障作业平台安全可靠的前提下，实现掘进支护工序的协调性以及架棚支护挑梁作业的机械化转型，仅供参考。

关键词：悬臂式掘进机;机载;支护作业平台

1 总体结构方案设计

1.1 设计要求

整套基于悬臂式掘进机机载支护作业平台无论是对技术参数的选取，工艺设计还是方案设计均应当符合现行《煤矿安全规程》以及《机械设计手册》中的有关标准与要求。以EBZ悬臂式掘进机为例，整套基于悬臂式掘进机机载支护作业平台放置于掘进机机身上，融合踏踩承载以及机械挑顶等功能，技术参数以及材料的选取应当完全符合煤矿巷道掘进工艺的要求，以及断面施工架棚支护流程。除此以外，在基于悬臂式掘进机机载支护作业平台上所配备的挑梁器应当能够借助悬臂式掘进机悬臂升降系统实现机械化的挑梁作业。最后一点，在悬臂式掘进机进行截割作业的过程中，整个基于悬臂式掘进机机载支护作业平台应当保持回缩状态且不会对掘进机正常掘进作业的开展产生影响，同时在架棚支护环节该基于悬臂式掘进机机载支护作业平台应当完全伸出，以支持踏踩承载以及机械挑顶等功能的顺利实现。

1.2 总体结构

整套悬臂式掘进机机载支护作业平台结构构成主要包括基座、一级平台、二级平台、侧翼平台以及挑梁器这几个部分。在悬臂式掘进机进行截割作业的过程中，基于悬臂式掘进机机载支护作业平台处于缩回静止状态，基座固定在悬臂上。一级平台配备有两个液压缸，分别设置在基座1#的左右两侧，平台前端与活塞杆端部采取铰接方式链接，以确保链接的可靠性。二级平台配备一个液压缸，缸体与一级平台固定，平台端部与活塞杆端部通过铰接方式实现链接。在基于悬臂式掘进机机载支护作业平台作业状态下，遵循顺序前移的基本原则，一级平台伸出后带动二级平台以及侧翼平台的前移。二级平台达到完全伸出状态后，侧翼平台呈展开状态，整个作业平台达到工作状态下的面积最大值。同时，二级平台与侧翼平台表面设置有防滑纹，为保障上部站立施工人员人身安全性有积极意义。

2 液压系统设计

2.1 一、二级平台液压系统

基于悬臂式掘进机机载支护作业平台的液压系统结构设计方案如下图（见图1）所示。图1中：1为基座，2为一级平台液压缸，3为一级平台，4为二级平台液压缸，5为二级平台，6为侧翼，7为掘进机悬臂。结合图1可知：在不同工况下，对于一级、二级平台而言，其伸缩功能的实现依托于不同液压缸的灵活控制，考虑到在一级平台伸出的工况下，二级以及侧翼平台会出现一定程度上的前移运动，但前移过程中阻力较大，因此结构设计中采用1#、2#液压缸并联的方式确保推动作用力的有效性，而在二级平台伸出的工况下，仅带动侧翼平台前移，配置3#液压缸即可确保推动作用力的有效性。

2.2 挑梁装置液压系统

以煤矿作业巷道掘进流程为前提条件，悬臂式掘进机在正式投入运行后首先对巷道断面进行截割处理。需要注意的一点是，在巷道断面截割过程中，挑梁装置液压系统处于回缩静止状态，截割循环作业结束并进入架棚环节后，平台进行机械挑梁操作。从这一角度上来说，挑梁装置的运行时间短且工作方式呈现出间接性特点。因此，在结构设计的过程中，可以将挑梁装置的驱动源设置为掘进机泵站，确保挑梁装置压力、流量参数与掘进机指标适应性，单独设置液压缸回路，并参考支护工作进展对其状态进行灵活控制。

2.3 操作方式

在悬臂式掘进机运行期间，机载支护作业平台液压系统的操作方式以分级控制为基础，顺序伸缩为重点。正常运行状态下，手动操作阀5#处于关闭状态，液压油自泵站引入1#、2#液压缸装置活塞腔以及3#液压缸装置活塞杆腔内部。考虑到两者（1#、2#液压缸与3#液压缸对比）在受力面积上的存在差异（前者受力面积明显高于后者），因而在伸出顺序上为一级平台在先，二级平台在后，整个操作过程无需人工敢于其中。回缩时，手动操作阀5#位于开启状态，同样受到受力面积差异的影响，二级平台回缩在先，一级平台回缩在后。

3 技术参数及结构特点

3.1 技术参数

首先，基座方面，该构件的核心目的是确保伸缩平台的安全性，同时保证与悬臂式掘进机链接的可靠性。以EBZ150型懸臂式掘进机的的为例，其具有截割头伸缩式的特点，工作行程为500.0mm，上部结构剩余空间小，紧凑度高。因此，在基座的设置方面，可以在考虑位置固定以及强度可靠的前提条件下，将位置确定在截割头伸缩油缸尾部，同时考虑空间尺寸的限制，将基座基本尺寸设置为750.0mm* 800.0mm。

其次，在一级平台方面，由于需考虑液压缸长度对平台尺寸的影响，同时宽度不应超过所设置基座宽度（800.0mm），故为确保基座上一级平台液压缸最大安装宽度得到有效覆盖，将一级平台的基础尺寸设置为1200.0mm*700.0mm。同时，根据已有应用经验，煤矿常用液压缸行程参数为700.0mm，因此基于对安全性因素的考量，将一级平台伸出行程的最大参数设置为600.0mm，以确保平台伸出过程中行程的可控性。

再次，在二级平台方面，根据一级平台的设计参数（1200.0mm* 700.0mm），要求二级平台完全伸出状态下能够对一级平台进行覆盖，同时还应满足对悬臂式掘进机截割头的覆盖需求，因此将二级平台的基础尺寸设置为1800.0mm*720.0mm。

最后，在侧翼平台方面，该平台固定于二级平台上，长度与二级平台保持相同。同时，考虑现场施工方面的需求，应当确保二级平台联同侧翼平台完全展开条件下最大面积能够满足3～4人同时进行架棚支护施工作业，因此将侧翼平台的基础尺寸设置为1800.0mm* 220.0mm～1800.0mm*250.0mm。

3.2 结构特点

按照以上方式所研发设计的基于悬臂式掘进机的机载支护作业平台在实际应用中具备以下几个方面的结构特点：第一，在机载支护作业平台架棚支护环节最大面积展开的条件下，作业平台可以完全覆盖悬臂式掘进机截割头，进而保证支护作业现场的安全性。同时，二级平台高度略高于一级平台，在覆盖截割头的基础之上能够确保作业人员支护操作的安全性;第二，通过设置二级平台辅助侧翼平台的方式，有效提升了架棚支护操作环节的施工面积。该平台在掘进截割环节中处于折叠状态，不会影响掘进施工进度，在挑梁支护环节切换至伸出展开状态，使支护作业空间更为理想;第三，二级平台与侧翼平台表面设置有防滑纹，为保障上部站立施工人员人身安全性有积极意义;第四，通过为作业平台配置机械挑梁功能的方式，支承位置安装支架，使挑梁模式自人工切换至机械，对降低支护强度有积极意义。

4 结束语

以上研究中对基于悬臂式掘进机的机载支护作业平台研发问题进行阐述与分析，通过相关分析得出如下两个方面的结论：第一，在支护作业平台的研发过程中，所涉及到的组成单元包括基座、一级平台、二级平台、侧翼平台以及条良机等，平台具备机械挑梁的功能，同时操作方式遵循分级控制以及顺序伸缩的原则，可由悬臂式掘进机司机一人完成各项平台伸缩以及挑梁工作任务，煤巷掘进效率得到大大提升;第二，在支护作业平台的研发期间，将平台与悬臂式掘进机配套应用，掘进截割过程中平台处于折叠闭合状态，不会对整体掘进速度产生影响，而在架棚支护环节以最大面积展开，完全覆盖悬臂式掘进机截割头，实现了巷道掘进与架棚支护作业的协调配合，对确保支护作业安全可靠有重要意义。

参考文献：

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