双动力系统巷道修复机简介

郑宝义，金 峰，高 生

三一重型装备有限公司 辽宁沈阳 110027

随 着矿下巷道内生产活动以及井下动压力变化的影响，巷道会发生底板起鼓、侧面围岩变形和顶板塌陷等现象，因此，需要及时对巷道进行起底、破岩、扩帮和除渣等修复作业[1]。以往清理底板等作业采用人工或装载机等非专业机械进行，既费时费力，还会存在修复侧面围岩损伤严重、底板成型难以满足要求的问题。随着煤矿企业生产的深入，矿井巷道的施工深度不断加大，矿压也随之增加，巷道变形的破坏程度也越加严重，煤矿每年投入大量人力物力用于巷道维护工作，造成大量的人力和物力的浪费[2]。

在煤矿现代化生产技术不断进步的今天，专用井下巷道修复设备得到全面发展以及应用，既提高了巷道修复效率，又增加了作业人员安全性。现有矿用巷道修复机采用电缆连接井下电源或用柴油机带动油泵和电动机提供动力这 2 种版本。拖电缆的电动版巷道修复机虽然配备有电缆卷筒，可以实现电缆自动收放功能，减少人工劳动强度，但受电缆长度限制，无法实现长距离工作，当工作一段后超出电缆范围需要更换电源接线点，因而降低了灵活性[3]。柴油版巷道修复机完全取消电缆部件，实现自身提供动力，可以满足长距离自主行走要求，但柴油机运行噪声大、污染巷道，在作业时伴随剧烈振动，严重影响工人工作环境。鉴于此，提出一种有别于以上 2 种结构形式的双动力系统巷道修复机[4-5]，既满足了狭窄巷道内转场要求，无需受电缆长度限制，同时在工作时接电运行，保证了高强度作业以及环境无污染等要求。

1 双动力系统巷道修复机功能特点

双动力系统巷道修复机以矿用防爆动力电池与动力电为双动力源。行走机构运行时，采用防爆动力电池提供动力，不受电缆长度影响，满足其长距离行走要求；工作装置运行时，以井下动力电为动力，满足高强度工作和环境要求。工作装置采用三节臂结构，在动臂座处连接回转减速机、摆动液压缸以及俯仰液压缸，能够实现工作装置旋转 180°、左右摆动 35°以及俯仰 15°动作。该巷道修复机还配备挖斗、破碎锤和铣挖机等属具，可实现破岩、卧底、挖掘以及平整等巷道修复工作。所有属具接口完全一致，均可采用快速连接器实现快速更换；动力电缆采用电缆卷筒实现自动收放，降低了工人劳动强度。

2 双动力系统巷道修复机结构

双动力系统巷道修复机结构如图 1 所示，主要由双动力系统、工作装置、行走机构、操作台总成、液压系统和电控系统等部件组成。双动力系统为整机提供动力，工作装置是各项动作的主要执行机构，液压系统保证设备平稳运行，电控系统监测各项指标并及时反馈运行状态。

图1 双动力系统巷道修复机结构Fig. 1 Structure of dual-power system roadway repair machine

2.1 双动力系统

双动力系统主要由防爆动力电池、电池控制器、电动机控制器、电池冷却系统以及电缆卷筒等部件组成。防爆动力电池作为巷道修复机的行走驱动力，驱动整机前进和后退；采用井下电源通过电缆卷筒输入动力作为工作装置的驱动力。双动力系统既满足了长距离自主行走要求，又满足了工作装置高强度工作要求，同时具有清洁高效、充电快速、运行噪声小、续航能力强以及后期维修量少等特点。

(1) 行走驱动力 防爆动力电池与电池控制器相连，电池控制器用于控制防爆动力电池输出电能；电动机控制器置于防爆电动机与防爆动力电池之间，用于控制交直流转换，从而实现驱动交流防爆电动机运作，输出动力；冷却系统置于防爆动力电池内部，用于防爆动力电池散热，以增强防爆动力电池的安全性，延长防爆动力电池的使用寿命。此外，防爆动力电池集成为一体，置于本体上远离工作装置的一端，便于拆卸更换，有利于防爆动力电池的维修。

(2) 工作装置驱动力 井下动力电源通过电缆接入电动机控制器，电机控制器直接驱动防爆电动机输出动力，作为工作装置的驱动力。电缆卷筒采用液压马达驱动，通过操作杆实现电缆的自由收放，降低了工人劳动强度。巷道修复机在井下修复巷道时，无需行走，与挖掘同时运行，防爆动力电池和动力电源作为并列动力输出，其切换方式由电控箱内部模块实现，模块引出控制线路到操作面板，实现面板控制。双动力共同驱动 1 套液压系统，形成并联单泵的结构形式，节省整机结构空间。巷道修复机前进时，模块切换到防爆动力电池模式，实现整机行走；工作装置运行时，切换到动力电源模式，满足挖掘作业要求。

2.2 工作装置

工作装置是双动力系统巷道修复机的主要工作执行元件[6]，主要由摆动液压缸、回转减速机、动臂、动臂液压缸、中间臂、中间臂液压缸、斗杆、斗杆液压缸和挖斗等部件组成，如图 2 所示。它采用独有的三节臂结构，通过各液压缸来驱动三节臂，实现不同工作姿态，完成侧挖、掏带式输送机底以及挖毛水沟等作业。

图2 工作装置结构Fig. 2 Structure of working device

摆动液压缸通过液压油流量的改变实现整个工作臂左右摆动 35°；回转减速器将直线运动转化为圆周运动，实现整个工作臂旋转 180°，扩大工作臂的作业范围，提高工作臂的使用效率。通过控制动臂液压缸的伸缩，实现动臂上升和下降运动；通过控制中间臂液压缸的伸缩，实现斗杆的前后运动；通过控制挖斗液压缸伸缩，实现挖斗铲装的收放动作；挖斗上焊接斗齿座，斗齿安装在斗齿座上，斗齿是易损件，磨损后可以更换；破碎锤和铣挖机等属具可通过快换连接器实现快速更换，大大降低更换时间以及工人劳动强度，提高更换效率，充分发挥工作臂的性能。

2.3 行走机构

行走机构是巷道修复机前进的执行机构，主要由推土铲、行走架、履带总成、引导轮、支重轮、托架、驱动轮和减速机总成等部件组成，如图 3 所示。它的行走方式采用履带型式，确保其通行率；前端有推土铲，在巷道修复机作业时，支撑地面起到稳定机身作用，同时可用于平整巷道。

图3 行走机构结构Fig. 3 Structure of walking mechanism

行走架是行走机构的骨架，各部件均安装于其上。减速机总成内置液压马达、平衡阀、减速机和液压制动器，减速机为行星齿轮减速，在减速机与液压马达之间设置液压制动器，驱动轮通过螺栓连接到减速机外壳上。当液压系统向行走机构液压马达供油时，首先液压油驱动液压制动器打开，高压油驱动液压马达转动，然后液压马达通过减速机带动驱动轮运行，继而驱动轮带动履带总成实现整机的前进和后退；引导轮起导向履带作用；支重轮将整机重力传递到履带上，同时保证整机沿履带导轨做直线运动，不发生横向脱落；托架位于上部中间位置，承载履带重量，保证履带合理下垂量，避免前后运动时履带产生振动；引导轮后部安装张紧装置，确保履带张紧程度适中，避免履带过紧或过松，履带过紧会加速其磨损，造成使用寿命降低，履带过松则容易脱落，影响整机运行。

2.4 液压系统

液压系统主要由液压油箱、液压泵、多路阀组和先导手柄等部件组成。液压泵从液压油箱中抽取液压油，液压油经多路阀组流向各执行元件，控制工作装置中各处液压缸，完成各种动作。高压油能量交换后，转换成低压油，通过换向阀及过滤器流回液压油箱，完成循环。液压先导手柄的控制油由多路阀组提供，保证其使用的安全可靠[7]。

2.5 电控系统

电控系统主要由防爆电控箱、启停按钮、瓦斯传感器、液位传感器和温度传感器等部件组成。防爆电控箱是巷道修复机的核心控制系统，通过内部转换模块实现防爆动力电池和井下动力电源输出自由切换，满足巷道修复机行走机构和工作装置的正常运行；同时通过温度、压力以及液位传感器监测设备运行情况，对异常情况及时作出反馈，保证设备平稳运行。

3 结语

双动力系统巷道修复机采用防爆动力电池和动力电缆 2 种动力系统，既满足长距离自主行走的工作要求，又满足工作装置高强度工作以及环境要求。该机能够适应井下复杂环境，应用于狭小巷道内，通过更换不同属具实现多种功能，集破碎、除渣、装运以及挖槽等功能于一身，真正实现一机多能。同时，其具有结构紧凑、便捷高效、充电快速、运行噪声小、续航能力强、后期维修量少等特点，作为井下专用巷道修复设备，大大降低了工人劳动强度，解决了煤矿巷道维护、修整的难题，实现了井下巷道修复的机械化作业。