悬臂式掘进机导向张紧装置的设计及改进

摘 要：简要介绍了煤矿井下使用的悬臂式掘进机液压导向张紧装置的结构及其工作原理，分析了原有导向装置在工作过程中出现的问题，提出了有效的解决方案，并进行跟踪试验，以完善新型导向张紧装置的设计。

关键词：悬臂式掘进机；导向张紧装置；跟踪试验；工作原理

中图分类号：TD421.5 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.03.099

目前，国内井下掘进机使用的导向张紧装置主要有2种，一种是与地面工程机械类似的内藏式导向张紧装置，另一种是专门为掘进机开发的敞开式导向张紧装置。对于部分内藏式导向张紧装置，在初始设计时，可直接使用工程机械通用的结构，张紧装置采用液压张紧，并加装缓冲弹簧。但是，将其应用于井下时发现，由于井下环境较为恶劣，比地面使用条件差，履带长期处于煤岩泥水中，内圈经常裹满泥水和沙石，所以，当它进入导向张紧装置时，会导致缓冲弹簧基本处于失控的状态。当整机倒退时，由于滑轮效应，2倍的履带张紧力完全加装在导向张紧装置上，并最终作用于内部的液压密封。反复的高压应力和偏载会损坏张紧装置内的密封，导致导向张紧装置失效，失去相应的导向和张紧作用。敞开式导向张紧装置结构简单，布置方式合理，经过改进设计后，可以避免密封受力，大大降低了其故障率。

1 敞开式导向张紧装置

如图1所示，敞开式导向张紧装置位于履带架前部，它是利用导向装置内部的上下键槽与履带架滑动连接。张紧装置外侧是2个导向轮，2个轮与履带内侧导向键配合为履带导向，防止它左右偏移引发脱链事故。由于导向张紧装置完全暴露于履带前部，并且导向与张紧油缸为一体，其外部仅包了一圈履带链，因此，在拆装时，只需打开履带链就可以拆卸导向装置。与传统的内藏式张紧装置相比，导向装置与张紧装置合为一体，结构简单，拆装方便，便于井下掘进机使用。

履带运行一段时间后，由于磨损导致链条变长，所以，需要张紧。在此过程中，首先要打开导向装置连接的锁紧球阀，操作操作台的张紧液控手阀，由泵给张紧油缸供油，将导向轮向反方向推出，使履带链张紧。这样做，当带链满足要求的链悬垂度后，要关闭锁紧球阀。此时，装入适量垫板和1块锁板，将张紧油缸操作手柄处于中位，卸掉压力，并来回转动球阀卸压后关闭球阀。采用上述方法可以保证在掘进机工作的过程中张紧油缸不会承受压力和侧向力，使其工作更加稳定、可靠。

2 使用过程中存在的问题

如图2所示，导向装置左右各有一个导向轮作为履带的导向，每个轮侧向各用4个M24的螺栓固定。为了防止螺栓松动，全部采用头部开孔穿铁丝的防松设计。在使用初期，导向轮运转正常，但是，由于井下煤岩泥水经常将履带架完全包围，使得防松铁丝在使用了一段时间后容易被磨损以至断裂，失去防松的作用；再加上掘进机频繁调动，履带受力复杂，所以，导向轮会受到不同的侧向力。使用半年以上的螺栓都会出现不同程度的松动，导致轴上螺栓底孔被损坏，无法修复。这时，如果不及时检修，导向轮很容易脱落，最后只能更换导向装置总成。

3 技术改进

拆解、检查损坏的导向轮时发现，除了螺栓底孔损坏导致导向轮脱落的问题外，张紧缸和轴承等均完好无损。因此，主要针对导向轮固定的问题进行技术改进。

导向轮固定是螺栓防松和预紧力工作中的一部分。由于该处空间有限，所以，在增加预紧力时，可将螺栓个数增加到极致，将导向轮连接的整个输出轴作为1个大螺栓，并在其外侧设计1个大螺母将导向轮固定在轴上。同时，为了防止螺栓松动，可在轴端增加1个直径为20 mm左右的通孔，并插入大直径的开口销防松。整个锁紧结构具有很好的一体性和耐磨性，可以有效预防它被井下煤泥磨损和腐蚀。在此需要注意的是，大螺母之间的螺距不能太大。为了保证轴承和浮动油封间隙的合理性，需要在螺母周边开6个导向槽。这样做，不仅可以控制螺母的旋转角度，还可以将间隙调整量控制在0.1 mm左右。

4 试验结果

将改进后的导向张紧装置放置在平煤八矿井下进行试验，在全岩巷道条件下，该装置使用了2年，总计进尺2 100 m左右，导向张紧装置导向轮无脱落，张紧有力，无油泄漏情况，整个行走机构也能正常运行。当整机升井大修时，要拆解导向张紧装置作必要的分析——导向装置锁紧大螺母拆卸自如，无损坏，内部密封无损坏，轴承无损坏，整个导向装置符合设计要求。

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作者简介：杨春海（1980—），男，山西代县人，副研究员，主要从事掘进装备设计方面的工作。

〔编辑：白洁〕