对悬臂式掘进机开发设计方向的分析

赵桂丽

（久益环球（佳木斯）采矿设备有限公司，黑龙江 佳木斯 154003）

对悬臂式掘进机开发设计方向的分析

赵桂丽

（久益环球（佳木斯）采矿设备有限公司，黑龙江 佳木斯 154003）

摘要：自20世纪80年代初期，我国大批引进煤炭采掘设备，并通过不断地消化、吸收，积累了一些设计经验，使得我国的煤炭采掘设备得到了长足的发展。然而在发展过程中，现有部分产品仍然与国际知名品牌存在一定的差距。因此，如何结合我国煤炭领域的实际特点，继续发展掘进机技术，完善悬臂式掘进机的结构与功能，使我国悬臂式掘进机走向一个新的高度则尤为重要。本文笔者即对国内、外掘进机的发展现状进行探讨，并对我国悬臂式掘进机的未来发展趋势展开谈论，以期能够为我国悬臂式掘进机未来的开发设计方向提供有力的依据。

悬臂式掘进机；开发设计；发展趋势

近些年来，伴随着我国工业化发展水平的不断提高，国内也加强了引进煤炭采掘设备的吸收与消化工作，并且进行了积极的自主研发，可以说现如今，我国悬臂式掘进机的整体技术已经达到了国际先进水平，并能够基本满足国内掘进机市场的基础需求。但部分产品与国际相比仍存在一定的差距。所以，如何缩短这个差距，并且结合我国煤炭领域的自身特点，加强自主研发能力，发展掘进机技术则具有十分重要的现实意义，也势必会成为今后悬臂式掘进机开发设计的重要方向。以下笔者即结合个人多年从事悬臂式掘进机开发设计的实践工作经验与相关参考文献，从国内、外掘进机的发展现状与发展趋势入手进行粗浅地探讨，提出未来我国悬臂式掘进机的发展方向，从而为悬臂式掘进机的开发设计提供有力的依据与必要的支持。

1.国外掘进机技术现状与发展趋势分析

世界第一台掘进机出自19世纪70年代的英国，是为了修建一条海底隧道而进行生产制造的，而悬臂式掘进机则出自20世纪30年代的美国，并将这项技术应用到采矿作业之中，并且通过40余年的不懈努力与研究，英国、苏联、美国、德国、日本等十余个国家先后研制出70多种悬臂式掘进机机型，以供生产活动需求。尤其是通过对历史的分析，我们可以知道，各国在悬臂式掘进机的研究初期，主要以煤巷作业为主要对象。中期产品则以截割各种煤炭的中型掘进机为研究对策。而近些年则以中硬岩和工程隧道为作业对象的重型、全岩巷道掘进机为研究对象。而正是通过人们的不懈努力与研究分析，目前掘进机的适用范围在不断地扩大，掘进断面在不断增大，适应坡度在不断提升，截割能力在不断加强，辅助功能以及智能控制也在不断提高，从而使悬臂式掘进机在工业发展中占据了越来越重要的地位。

首先，悬臂式掘进机的适用范围在不断扩大。悬臂式掘进机原本应用在煤巷掘进作业之中，但随着掘进机技术的不断发展进步，悬臂式掘进机的截割头性能被不断增强，掘进机机械稳定性也在不断提高，使得悬臂式掘进机可最高截割硬度高达206MPa的岩石，从而也被广泛应用在矿山、工程隧道、军工等领域之中；其次，悬臂式掘进机的掘进断面与适应坡度在不断提升。为了更好地适应矿山巷道以及工程隧道的需要，近些年来，掘进机的掘进断面与适应坡度都在不断地提升，以便能够适用于多种断面形式之上，并且拥有更好的爬坡能力；再次，悬臂掘进机截割能力在不断地加强。近些年来，各个掘进机生产制造企业都加强了掘进机截割能力的研究，进而不断提升截割电机的功率，尤其是目前绝大多数的中型掘进机往往采用100kW～200kW之间的电机，而重型掘进机则采用200kW以上的电机大大地增强了掘进机的截割能力；最后，辅助功能以及智能控制也在不断地提高。随着自动化控制技术的不断发展，掘进机的自动化程度也在不断被提高，尤其是遥控操作、截割路径轨迹显示、自动定位系统及故障自动诊断系统的应用都已经使掘进机系统走向了智能化控制阶段，并使掘进机技术发展迈向了一个全新的台阶。

2.我国悬臂式掘进机的发展现状

1965年我国开始了对掘进机的研制工作，最初仿制的是苏联制造的JIK-3型掘进机，而在20世纪80年代，我国通过对英、法、美、德等多个先进国家掘进机的大量引进，并组织开展了重大技术引进、吸收消化项目，进一步推动了我国掘进机技术的发展，并且通过不懈地努力，拥有了批量生产掘进机的能力，从而在一定程度上结束了我国在中、小型掘进机依赖进口的不利局面。尤其是自2000年以后，我国在重型掘进机的研制工作上更进入到了一个快速发展阶段，研发了国内轻、中、重型和硬岩系列掘进机全新机型十多种，进一步形成了掘进机产品系列化、多功能化的势态，如图1所示。

图1　掘进机机型

3.我国悬臂式掘进机开发设计的未来发展趋势

3.1 向重型硬岩、全岩掘进机方向发展

由于科技的不断进步，先进截齿的出现，刀耗也在不断地下降，进而使得掘进机在巷道之中能够比较经济地进行掘进。也正因如此，在未来的掘进发展中，掘进机的开发设计势必会朝着重型硬岩、全岩巷道掘进机的方向而不断地发展，并成为目前市场主流。而为了进一步实现掘进机在硬岩上的经济截割，可以进一步优化炮头的设计工作，改善截齿排布，提高截齿性能，增强导流板的耐磨性，进而科学地增大掘进机的机身重量，提高截割功率。

3.2 拓展掘进机技术在工程、公路隧道等领域上的应用

以往悬臂式掘进机多使用在煤炭巷道之内，而近些年来，越来越多的悬臂式掘进机被使用在工程、公路隧道、国防地下工程等领域之中，并发挥着至关重要的作用。所以，在悬臂式掘进机开发设计中，未来的发展趋势势必是不断提高掘进机的实用型与适应性，使其能够拥有更加强大的破岩能力，并且不断提高掘进施工的安全防护功能，使其实际使用范围不断增大。

3.3 向着多辅助功能的掘进机方向发展

第一，做好掘进机上配套机载除尘系统的设计研究。而做好这点的根本意义在于进一步改善作业环境，抑制肺吸病原的发生，扩张掘进机的使用范围。具体除尘设计方案如下：

除尘方案，包括两个部分：对本机进行除尘、对外载进行除尘。其中，对本机进行除尘则可采用，增加环喷系统、采用文丘喷嘴、改善内喷水稻布置和密封结构，这三种方法；而对外载进行除尘则可采用振弦除尘系统。

第二，做好掘进机配套机械临时支护系统的设计。而做好这一设计的根本目的是为了提高施工作业安全，确保锚杆支护人员都能够在安全的防护条件下进行打锚杆作业。尤其是目前绝大多数的掘进机制造企业虽然相应的配套了临时支护系统，但是效果仍然不是很理想，因为对这方面的设计研究应作为今后开发设计的一个要点。

第三，向着自动化、智能化、可视化的安全、节能、环保型掘进机方面进行研究。可以说伴随着悬臂式掘进机重型化发展需求的不断加剧，对掘进机的控制技术要求也就越来越高，而在此基础上不仅仅包括对掘进机方向、断面、截割自控调节的控制，还包括对掘进机机械性能运行监控系统、故障诊断系统等方面的控制。因此，在未来的发展中悬臂式掘进机势必会向着自动化、智能化、可视化等方面不断发展，同时开发设计出安全、节能、环保的悬臂式掘进机也势必成为掘进机发展的重要方向。

结语

综上所述，本文笔者对国内、外掘进机的发展现状进行阐述，提出了未来我国悬臂式掘进机的发展趋势，也是希望通过本文笔者的粗浅阐述能够为今后悬臂式掘进机的开发设计提供一个有力的依据，能够为广大同行在今后的自主研发过程中提供一个有益的参考借鉴，从而尽快地缩短我国在悬臂式掘进机技术上与国外先进技术上所存在的部分差距，能够更加清楚地认识到今后努力的方向，从而我国悬臂式掘进机技术的提高，走向一个新的水平高度提供有益的铺垫。

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