XMPYT-60 地下撬毛台车的研制

刘 威 ,赵金元 ,邓显俊

(1.长沙矿山研究院有限责任公司,湖南 长沙 410012;2.中钢集团衡阳机械有限公司,湖南 衡阳 421002)

0 前言

在隧道挖掘或地下矿山开采作业过程中,爆破后由于岩石受到各种作用力的冲击,岩体松动,巷道顶部及两侧的毛石不稳固,在采掘作业循环中需要及时清理不稳固、随时有掉落可能的浮岩毛石,以确保现场操作人员及设备的安全。目前清理毛石的设备主要有两种,分别是人工手持式撬毛设备和机械化程度较高的专业撬毛设备[1]。人工手持式撬毛设备清除毛石,是一种非常艰苦的工作,劳动强度大、效率低,而且危险性比较大,工作现场冒顶、碎片飞溅、粉尘飞扬、岩石突然移动等,使操作人员的安全存在极大的隐患,并且,受到人力的限制有时浮岩清理很不彻底,留下事故隐患威胁下道作业安全。因此在地下矿山采掘作业或隧道挖掘中实现机械化浮岩毛石清理,使用地下撬毛台车,替代人力,安全、高效地清除浮岩毛石具有十分重要的意义。因此,采用地下撬毛台车是地下辅助车辆发展的趋势之一。

中钢集团衡阳机械有限公司根据市场的需要,开发出XMPYT-60 地下撬毛台车,如图1 所示。该撬毛台车是一种以柴油机为动力、液力机械传动、四轮驱动的车辆,具有外形尺寸小、结构紧凑、操作方便、转弯半径小、污染低等特点,适用于地下金属、非金属矿山井下浮岩毛石清理。

1 XMPYT-60 地下撬毛台车特点

(1)四轮驱动、中央铰接;

(2)驾驶室可以升降和俯仰,通过性能和观察视线更好;

(3)工作臂为伸缩式;

(4)旋转油缸驱动液压锤摆动,动作灵活、精准;

(5)机械式旋转平动机构,定位方便;

(6)模块化设计,结构紧凑,维修方便;

(7)移动性能好,转弯半径小,爬坡能力强;

(8)快速收放支腿;

(9)电控换档、换向、操作方便、省力;

(10)采用通用底盘,只需改变其工作装置,还可用于其它辅助作业车,例如运人车、运料车、维修车、油车等;

(11)关键零部件均进口,保证了整机可靠性;

(12)通过国家安全生产长沙矿山机电检测检验中心安全检测,完全达到表1 的技术要求,获得国家金属与非金属矿山矿用产品安全标志认证证书。

2 外形尺寸及主要技术参数

XMPYT-60 地下撬毛台车外形尺寸图,如图2所示,主要技术参数和配置与国外Normet 公司参数比较[5],如表1 所示。

表1 XMPYT-60 地下撬毛台车与国外Normet 公司2000M 地下撬毛台车主要技术参数和配置[5]

图2 XMPYT-60 地下撬毛台车外形尺寸图

3 动力系统

动力系统采用美国Cummins 公司生产的电喷第3 阶段QSB3.9-C130-30 型低污染柴油发动机,耐久性好、动力强劲、工作可靠、污染小,废气排放符合MASH 要求。为了进一步降低排放和噪声,发动机排气系统安装了氧化催化净化器和消音器。

4 结构特点

4.1 车架结构

本结构由前车架和后车架组成。两车架在靠近车辆中央的车架铰接处连接。通过两个绕立轴转动的转向铰接轴承连接。前车架上装有前桥、工作机构、排障装置和驾驶室[2]。后车架上装有动力装置、整体式液力变矩器和变速箱、液压油箱、燃油箱、水箱、散热器。后桥装于摆动架上,使后桥在车架横向上摆动。摆动角为±7°。

4.2 工作装置

工作装置由回转摆动机构、工作臂和液压锤组成,如图3 所示。液压锤是台车的核心部件,它的正确选择决定着撬毛效果(既能敲下松动的岩石,又能保证被敲击部位不会受到二次伤害)。液压锤为通用型,用户可根据岩石的性质选用适用的液压锤。

图3 工作装置

工作臂机构采用了先进的万向节型机构,非常灵活。工作臂机构与液压锤共有七种运动:一臂仰俯、二臂仰俯、二臂伸缩、三臂仰俯、液压锤仰俯、液压锤摆动、工作臂摆动等,它可以使液压锤全方位工作。

工作臂摆动由液压马达驱动的回转支承完成;一臂、二臂、三臂和液压锤仰俯及伸缩臂伸缩均由工程油缸完成;液压锤摆动由旋转油缸实现。

4.3 推土铲与支腿机构

推土铲铰接于前车架前端,推土铲起落由推土油缸完成,台车工作时由两个伸缩支腿在其油缸的推动下将台车抬起,以稳定整个机器,如图4 所示。

图4 推土装置

4.4 喷水系统

喷水系统由水箱、微型电动隔膜泵和喷嘴组成,微型电动隔膜泵由电瓶上的电直接驱动。喷水有以下两种功能:一是将撬毛过程中产生的岩尘捕捉于水雾之中,保护环境;二是在疑似松动岩石处喷水,清洗岩石表面尘埃,便于观察判断,如图5 所示。

图5 喷水系统

4.5 传动系统

本机采用液力机械传动方式[3],四轮驱动。传动系统主要由柴油机、变矩器、变速箱、前后传动轴、驱动桥和轮胎等组成。采用液力机械传动方式能使传动系统具有自动适应性,即当外载荷增大时,变矩器能使车辆自动增大牵引力,同时车辆自动减速,以克服增大了的外载荷。反之,当外载荷减少时,变矩器能使车辆自动减少牵引力,增加车速。它在一定的范围内相当于一个自动调节的无级变速器。液力传动还具过载保护性能,因为液力传动的工作介质是液体,能吸收并减少来自动力装置和外载荷的振动与冲击,可极大提高车辆的使用寿命。

4.6 液压系统

液压系统由转向液压系统、制动系统液压系统、支腿和驾驶室升降仰俯液压系统、工作装置液压系统组成,如图6 所示。

4.6.1 转向液压系统

转向液压系统由油滤油器、齿轮泵、全液压转向器、转向油缸及管路等组成。安装在变矩器取力口的齿轮泵提供的液压油作用于转向器:当转向器处于中位时(即直行无转向,液压油通过转向器直接零压回油箱;当转向器左转或右转时,液压油通过转向器分别作用于左、右转向油缸,转向油缸推(拉),前、后车架使之绕中央铰接点相对旋转实现升降台车的转向行驶。转向灵活、轻便、可靠。

4.6.2 制动系统液压系统

制动系统分为工作制动、紧急制动及停车制动系统。工作制动用于减速和停车。紧急制动系统和停车制动系统合二为一。紧急及停车制动系统用于工作制动失效后的应急制动。制动系统包括滤油器、齿轮泵、溢流阀、双回路充液阀、蓄能器、双回路脚制动阀、驱动桥桥壳内带湿式多盘制动器;手动换向阀、紧急及停车制动器、管路及压力表等组成。

为了保证行驶安全,地下撬毛台车制动液压系统采用双回路制动液压系统,当一个回路出现故障时,另一回路仍可安全制动,从而保证车辆安全。

车辆驱动桥上有两个弹簧缸用作的停车制动器。当操作停车制动器时,通过两个弹簧加载缸产生制动。当油从制动阀流入弹簧加载油缸,松开停车制动器,车辆才可启动行驶。停车制动器松开压力为2.5 MPa。

4.6.3 支腿油路统液压系统

当撬毛台车工作时,必须放下支腿作刚性支撑,而将轮胎架空,把机架调平,每个支腿可单独升降。

采用液压锁可以很好地使执行元件在任意位置停留并锁紧。回路中的液压锁是由液控单向阀组成,一个液控单向阀称单向液压锁,两个则称双向液压锁。图中的支腿液压缸在支柱期间,必须将上腔油路锁紧防止“软腿缩回”。当主机提起支腿在行驶途中,又须将下腔油路锁紧以免自行沉落,所以采用的双向液压锁。伸腿时,压力油进入缸的上腔并通过控制油路打开下腔的单向阀使下腔回油。同样在缩腿时,压力油进入下腔并打开上腔单向阀使上腔回油。当换向阀处于中位时,上下腔油路均被锁紧,缸不动;这种回路结构简单,而且一般都直接装在缸的进出油口处,使泄漏的影响局限于最小范围,故锁紧效果较好,常用于承载竖向负荷的液压缸。

4.6.4 驾驶室升降仰俯回路统液压系统

驾驶室升降和驾驶室俯仰通过油缸的伸缩运动来实现[4],巷道空间高矮可通过操作阀控制油缸进行调整完成驾驶室升降,通过性好。驾驶室俯仰也是通过操作阀控制油缸进行调整完成驾驶室俯仰,观察视野好,安全事故得到控制。

4.6.5 工作机构回路液压系统

压力油为工作机构的各执行元件提供动力。操纵司机座位左侧的四路先导阀手柄使之处于前后、左右位置时,压力油分别驱动一臂液控换向阀或者回转马达液控换向阀,实现一臂油缸活塞杆伸缩、回转马达正反转,从而使一臂仰俯、工作臂左右回转。

操纵司机座位右侧的四路先导阀,使之处于前后、左右位置时,压力油分别驱动油缸,油缸活塞杆伸缩实现锤头的仰俯。压力油分别驱动锤头摆动油缸左右旋转,锤头实现左右摆动。

操纵司机室座位左侧的二路先导阀阀杆分别处于前后位置时,压力油驱动液控换向阀,实现二臂油缸伸缩,从而使二臂仰俯;

操纵司机座位右侧的二路先导阀阀杆分别处于前后位置时,压力油驱动三臂油缸液控换向阀,实现三臂油缸伸缩,从而使三臂仰俯;司机座位右侧的四路先导阀手柄上有三个红色按钮,呈三角形布置,上面两个按钮管控二臂伸缩杆油缸,下面一个管控液压锤。按下右侧按钮,二臂伸缩杆油缸伸出,带动二臂伸缩杆伸出。松开按钮,二臂伸缩杆停止运动;按下左侧按钮,二臂伸缩杆油缸缩回,带动二臂伸缩杆进入二臂中。松开按钮,二臂伸缩杆停止运动。按下下面一个按钮,液压锤敲击。松开按钮,液压锤停止。

5 与国外同类产品的比较

Normet 矿山机械服务公司,是一家著名的设计、制造先进、可靠、维护成本低的地下辅助车辆公司,其中包括2000M 地下撬毛降台车。该型外形如图6 所示、技术参数如表1 所示。

图6 2000M 地下撬毛降台车

由表1 比较可知,XMPYT-60 地下撬毛台车动力系统功率大,可提高承载能力、传动系统一致,外形尺寸小、操作重量轻、钎杆直径小、破碎锤轻,设计选用一样直径破碎锤、性能、外形尺寸和配置基本一致或接近。

6 结束语

通过上文介绍,并经过多个矿山实际使用,表明中钢集团衡阳机械有限公司研制的XMPYT-60 地下撬毛台车技术先进、性能稳定、安全可靠,达到或接近国外先进水平。