煤礦支架搬運拖車快速裝卸系統(tǒng)設(shè)計

姚志功

(中國煤炭科工集團 太原研究院有限公司， 山西 太原 030006)

0 引言

煤礦無軌膠輪式支架搬運車，可實現(xiàn)液壓支架裝載后井口與工作面的直達往返運輸，具有“點對點”的作業(yè)特點，可以省去中間轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)，從而節(jié)約了大量時間，鑒于對液壓支架運輸環(huán)節(jié)的高效性，支架搬運車被廣泛應(yīng)用于煤礦井下綜采工作面的輔助作業(yè)中，逐漸成為國內(nèi)大中型礦井綜采工作面快速搬家倒面不可或缺的設(shè)備[1]。

除了液壓支架運輸環(huán)節(jié)的高效性外，液壓支架裝卸環(huán)節(jié)的高效性也是提升支架搬運車作業(yè)效率的關(guān)鍵因素。支架搬運車由前機架與后機架通過中央鉸接結(jié)構(gòu)連接而成，前機架承載車輛動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、駕駛操作系統(tǒng)等部件，后機架為支架搬運車的工作機構(gòu),即支架搬運拖車(以下簡稱支架拖車)。支架拖車是支架搬運車重要的組成部分之一，也是整個液壓支架的運輸載體[2]，拖車上所配套的液壓支架快速裝卸系統(tǒng)，用來實現(xiàn)液壓支架的快速裝卸，本文將對支架拖車的快速裝卸系統(tǒng)進行詳細論述。

1 支架搬運拖車結(jié)構(gòu)

支架搬運拖車是基于U形框架設(shè)計的，如圖1所示，按照其提升方式的不同，支架拖車可分為封底式拖車和鏈輪式拖車兩種。鏈輪式拖車屬于液壓支架專用車，結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便[3]，但受其鏈輪間距的影響，這類拖車對液壓支架的尺寸適應(yīng)范圍較窄。而封底式拖車的運輸可適用于井下所有架型，同時可運輸除支架以外的其他井下設(shè)備，因此在井下的應(yīng)用越來越廣泛[4]。

a) 鏈輪式拖車

封底式拖車主要由U形框架、推移機構(gòu)、牽引機構(gòu)、提升機構(gòu)、輪胎、制動器等組成。U形框架是液壓支架的承載基體，提升機構(gòu)負責U形框架的升降，推移機構(gòu)負責推出液壓支架，牽引機構(gòu)負責牽引液壓支架，推移機構(gòu)、牽引機構(gòu)及提升機構(gòu)3部分共同組成了封底式支架搬運拖車快速裝卸系統(tǒng)。拖車快速裝卸系統(tǒng)各部分的作業(yè)協(xié)調(diào)性和動作靈活性決定了液壓支架的裝卸效率[5]。

2 支架快速裝卸系統(tǒng)工作過程及其控制

支架搬運拖車工作過程為：

1) 裝架過程。首先操作車輛將拖車倒退至支架滑靴處，操作升降機構(gòu)落低U形框架托板，操作牽引機構(gòu)伸出繩索將支架拉至U形框架內(nèi)，頂緊推移機構(gòu)，然后操作升降機構(gòu)抬高U形框架托板，實現(xiàn)裝架。

2) 卸架過程。操作升降機構(gòu)落低U形框架托板，釋放牽引機構(gòu)繩力，然后操作推移機構(gòu)將支架推出U形框架，最后操作升降機構(gòu)復(fù)位U形框架托板至水平狀態(tài)，實現(xiàn)卸架。

支架搬運拖車快速裝卸系統(tǒng)中執(zhí)行機構(gòu)較多，同時在裝架與卸架時，裝卸系統(tǒng)中牽引機構(gòu)與推移機構(gòu)的動作順序具有主動隨動先后不一致的特點，因此拖車快速裝卸系統(tǒng)需設(shè)計合理的工藝過程。支架搬運拖車裝架時，啟動牽引機構(gòu)牽引支架，此時推移機構(gòu)應(yīng)處于自由不工作狀態(tài)，隨著支架逐步進入車倉，推移機構(gòu)應(yīng)相應(yīng)縮回，否則推移機構(gòu)將會阻止支架進入車倉。卸架時，啟動推移機構(gòu)推出支架，此時牽引機構(gòu)應(yīng)處于自由不工作狀態(tài)，隨著支架逐步推出，牽引機構(gòu)繩索應(yīng)相應(yīng)無負載隨動伸出，避免牽引繩索阻礙支架推出，從而實現(xiàn)液壓支架的快速裝卸，滿足支架裝卸過程的高效性要求。

圖2所示為支架快速裝卸系統(tǒng)邏輯集成控制原理，其中牽引回路和推移回路包括一個液壓馬達和一組推移油缸。牽引馬達和推移油缸的動作是通過操作外置先導(dǎo)閥控制支架搬運拖車上的方向控制閥和順序閥來實現(xiàn)的。裝架時，推移油缸先縮回，然后馬達動作，將支架牽引至拖車上。卸架時，推移油缸伸出，推出支架，此時馬達空載隨動自由運行。當支架在U形框架內(nèi)滑動過快時，順序閥執(zhí)行動作，牽引機構(gòu)立即施加反力，從而保證了卸架過程的穩(wěn)定性。

圖2 支架快速裝卸系統(tǒng)邏輯集成控制原理

3 快速裝卸系統(tǒng)提升機構(gòu)設(shè)計

支架裝卸系統(tǒng)提升機構(gòu)可實現(xiàn)支架拖車U形框架托板的升降，如圖3所示，傳統(tǒng)型裝卸系統(tǒng)提升機構(gòu)由提升懸架、提升導(dǎo)槽及2個提升油缸組成。提升懸架與輪胎制動總成相連接，組成獨立的懸架單元，懸架單元嵌入在U形框架提升導(dǎo)槽內(nèi)，并通過2個提升油缸與U形框架結(jié)構(gòu)連接，懸架單元落于地面，提升油缸動作時即可實現(xiàn)U形框架的升降。

1-提升導(dǎo)槽;2-提升懸架;3-提升油缸;4-輪胎制動總成;5-U形框架。

這種提升機構(gòu)布置于輪胎制動總成與U形框架結(jié)構(gòu)之間，使得支架拖車車寬方向的尺寸較大，導(dǎo)致其巷道適應(yīng)性變差，也難以滿足煤礦拖車直接下罐快速下架的要求。另外，提升油缸直接與輪胎制動總成連接，負載較大，拖車在顛簸不平的井下巷道運行時，提升油缸容易泄壓，存在安全隱患。針對這種情況，需要研究一種新型拖車提升機構(gòu)，以提高拖車的使用性能。

適用于快速裝卸系統(tǒng)的新型提升機構(gòu)由提升油缸、曲柄、導(dǎo)槽等組成，如圖4所示。與傳統(tǒng)型提升機構(gòu)一樣，曲柄與輪胎制動總成相連接，組成獨立單元—曲柄懸架，曲柄懸架嵌入至U形框架導(dǎo)槽內(nèi)，并與U形框架下方銷軸連接，實現(xiàn)轉(zhuǎn)動，曲柄上方通過提升油缸與U形框架連接。

1-U形框架;2-提升油缸;3-曲柄;4-輪胎制動總成;5-導(dǎo)槽。

快速裝卸系統(tǒng)提升機構(gòu)工作過程為：提升油缸收縮時，曲柄懸架繞U形框架下方銷軸轉(zhuǎn)動，此時曲柄懸架繞輪胎中心逆時針擺動，同時曲柄從導(dǎo)槽上部滑出，使U形框架逐漸傾斜，直至支架拖車后邊緣落地，此時操作牽引機構(gòu)將液壓支架拉至框架倉內(nèi)；然后提升油缸伸出，曲柄反向動作，直至U形框架升至水平，完成液壓支架的裝載作業(yè)，卸架時反向操作即可。

適用于快速裝卸系統(tǒng)的新型提升機構(gòu)，將提升油缸布置于拖車U形框架上方，優(yōu)化了拖車寬度方向的尺寸空間，提高了其結(jié)構(gòu)緊湊性，提升了支架搬運拖車的巷道適應(yīng)性及拖車下罐的便捷性。同時，相比于傳統(tǒng)型提升機構(gòu)，快速裝卸系統(tǒng)提升機構(gòu)基于曲柄連桿式杠桿原理，優(yōu)化了提升油缸的作用力臂，加大了拖車的提升能力，同時加快了拖車U形框架的提升速度，從而提高了支架的裝卸效率。

4 結(jié)論

作業(yè)高效性一直是支架搬運車發(fā)展的核心主題。本文通過闡述影響支架搬運車作業(yè)效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，提出支架拖車快速裝卸系統(tǒng)的重要性。敘述了封底式支架拖車的使用特點及工作原理，定義了拖車快速裝卸系統(tǒng)的組成，詳細分析了拖車快速裝卸系統(tǒng)的工作過程及控制原理，并設(shè)計了適用于拖車快速裝卸系統(tǒng)的新型提升機構(gòu)，保證了拖車快速裝卸系統(tǒng)的作業(yè)效率，改善了支架拖車的巷道適應(yīng)性。