一種新型井下自動上卸料裝置

李艾民，　陳飛，　彭茜

(中國礦業大學 機電工程學院， 江蘇 徐州　221116)

一種新型井下自動上卸料裝置

李艾民，陳飛，彭茜

(中國礦業大學 機電工程學院， 江蘇 徐州221116)

摘要：針對井下噴漿支護過程中，混凝土干拌物進入攪拌機的過程因采用人工上料方式而導致效率低的問題，通過分析現有自動上卸料裝置結構，提出了一種新型井下自動上卸料裝置，重點介紹了該裝置的結構設計。該裝置采用履帶行走機構，能夠隨攪拌機移動；采用閉合抓斗，減少了粉塵；自動進行上卸料工作，有利于提高支護效率。

關鍵詞：噴漿支護； 自動上卸料裝置； 自動上料； 自動卸料

0引言

目前礦山井巷主要采用噴漿支護方式。該方式利用壓縮空氣將水泥砂漿以較高的速度噴射到巖體表面，凝結硬化后形成支護[1]。傳統噴漿工藝流程中，由人工完成從礦車內卸料至料場、拌料、再次上料至礦車等工作，勞動強度大，工作效率低，嚴重影響支護施工的速度和噴漿質量。本文提出一種能夠代替人工上料的自動上卸料裝置，大大提高了噴漿支護的效率和質量。

1現有自動上卸料裝置分析

某礦用自動上料噴漿機采用升降式采料裝置[2]。圖1為采料裝置側面。該采料裝置通過鏈輪使12個挖斗不斷旋轉來進行取料、卸料，采用升降油缸解決取料面下移問題。整個裝置由液壓馬達驅動。在取料過程中，隨著礦車中混凝土干拌物不斷減少，升降油缸驅動升降支架下移，挖斗抓取礦車內的混凝土干拌物。內外壓鏈輪用于在升降支架位置變化時調節鏈條的張緊狀態。該采料裝置每個挖斗取料質量小、次數多，無法從根本上解決取料過程中粉塵飛揚的難題；不能將依附在側壁的混凝土取出，且取料機構與礦車底部的協調性不足，無法將物料完全取出；沒有行走機構，導致裝置無法隨噴漿機即時移動，效率提升不明顯。

1-被動鏈輪； 2-鏈條； 3-挖斗； 4-升降油缸； 5-回轉支承；

圖2為某現有礦用自動上卸料裝置[3]。該裝置采用一個大抓斗抓料，通過縱向平移機構、橫向平移機構和豎直伸縮機構實現抓斗取、卸料過程。該裝置的抓斗機構包括左挖斗、右挖斗、銷軸和挖料油缸，左、右挖斗通過銷軸連接，銷軸側面固定在豎直伸縮油缸活塞桿端部，挖料油缸兩端分別與左、右挖斗連接。豎直伸縮機構通過豎直伸縮油缸來實現伸縮。該裝置可在一定程度上解決人工上料粉塵多、耗資大、效率低等問題，但其液壓支腿的爬坡能力較弱，且支撐機構的規格導致該裝置只適用于固定巷道的施工現場。

1-礦車； 2-支撐機構； 3-抓斗機構； 4-豎直伸縮機構；

2新型井下自動上卸料裝置工作原理

新型井下自動上卸料裝置適用于狹小巷道，能夠代替人工將礦車里的混凝土干拌物取出，然后卸料放入攪拌機，并將干拌物與水按照一定比例混合并攪拌，為噴漿機提供原料。該裝置工作時將抓斗旋轉到礦車軌道上，將抓斗下降，然后打開抓斗抓取物料；再將抓斗提升，旋轉到攪拌機軌道上；打開抓斗，開始放料。裝置行走時如圖3(a)所示，抓取混凝土干拌物時如圖3(b)所示，卸料時如圖3(c)所示。

(a) 行走

(b) 取料

(c) 卸料

3新型井下自動上卸料裝置結構設計

3.1總體結構

新型井下自動上卸料裝置由動力源、傳動系統、旋轉機構、升降機構、抓斗機構、行走機構組成，其結構如圖4所示。動力源用來給整個裝置提供動力；傳動系統控制裝置各機構之間協調工作；旋轉機構控制抓斗機構旋轉，使抓斗機構從礦車旋轉至攪拌機軌道上；升降機構控制抓斗機構升降，使抓斗機構能夠伸入礦車內部取料；抓斗機構是整個裝置的執行機構，實現抓料、取料功能；行走機構使整個裝置能夠隨攪拌機移動。

1-泵組； 2-抓斗； 3-抓斗油缸； 4-升降油缸； 5-槽鋼；

3.2動力源

井下工作空間受限，溫度較低。防爆柴油機體積較大，價格較昂貴，且在低溫時較難啟動。而電動機使用方便，在工作過程中不會產生煙塵、氣味，也不會污染環境，噪聲較小，因此選擇防爆電動機為動力源，采用蓄電池為電動機供電。防爆電動機型號為ZBQ-7.5,額定轉速為1 100 r/min。

3.3傳動系統

井下傳動系統一般采用機械傳動系統、液力機械式傳動系統和液壓傳動系統。受井下空間和環境條件的限制，傳動系統必須結構緊湊、能自動控制、物理尺寸小[4]。液壓傳動系統的體積相對較小，且傳遞能力很大；傳動時機器很平穩，反應速度快，沖擊很小；工作時無需添加其他元件即可實現無級調速，大大簡化了機械結構[5]。因此裝置采用液壓傳動系統。電動機驅動液壓泵產生壓力油，帶動液壓馬達、擺動液壓缸、三級液壓缸和單級液壓缸，控制整個裝置運行。其中液壓馬達控制行走機構行走、制動、減速和轉彎。在井下小巷道工作時，擺動液壓缸的旋轉角度為90°，控制抓斗機構從巷道垂直方向旋轉至巷道平行方向。三級液壓缸的最大伸長距離大于礦車高度即可。2個單級液壓缸并聯控制2個抓斗葉片的張開與閉合。

3.4旋轉機構

旋轉機構由擺動液壓缸控制來實現90°或180°轉彎。擺動液壓缸往復運動，帶動齒輪軸正反向擺動旋轉，液壓缸的往復推力轉換為齒輪軸的輸出轉矩。液壓泵向擺動液壓缸提供壓力油。在井下小巷道內工作時，擺動液壓缸需轉動90°來移動抓斗機構。在地面上工作時，根據攪拌機與混凝土干拌物的放置位置不同，擺動液壓缸有時需旋轉180°來完成上卸料工作。

3.5升降機構

升降機構需承受所抓取物料的重力，實現簡單的上下移動。在井下工作時，升降機構由三級液壓缸來實現升降。三級液壓缸在收縮時軸向長度較短，占用空間較小，結構緊湊，適應井下惡劣環境。液壓泵控制三級液壓缸收縮，當三級液壓缸伸長時，抓斗機構伸入礦車內部抓取物料；當三級液壓缸收縮時，抓斗機構將物料從礦車取出。三級液壓缸的進出油口均連接平衡閥實現保壓，防止三級液壓缸因轉動慣性導致旋轉角度大于90°。另外，三級液壓缸的進出油口連接安全閥，以防止誤操作。

3.6抓斗機構

抓斗機構由2個并聯的單級液壓缸、2個抓斗葉片、銷軸、銷和支架組成，如圖5所示。抓斗葉片的張開和閉合由并聯的單級液壓缸控制。單級液壓缸伸長時，2個抓斗葉片閉合取料；單級液壓缸收縮時，2個抓斗葉片張開卸料。該抓斗機構的特點：① 2個抓斗葉片閉合時中間設置一塊重合的長度，防止結合處混凝土干拌物掉落；② 抓斗葉片閉合時底部的弧線為半圓弧線(與礦車底部形狀相同)，使取料更加完全；③ 2個并聯液壓缸同時控制抓斗葉片，使抓斗葉片推力更大，穩定性更好；④ 采用耐磨材料。

1-抓斗葉片； 2-銷軸1； 3-支架； 4-銷軸2； 5-單級液壓缸

3.7行走機構

行走機構采用履帶行走機構，由液壓馬達、履帶板、驅動輪、導向輪、支重輪和托鏈輪組成。液壓馬達為整個行走機構提供驅動力矩；履帶板是用連接銷連接起來的封閉環，通過傳送牽引力使整個裝置運行；驅動輪為齒塊式，滿足回轉輕快、傳動效率高、耐磨損的要求；導向輪輪緣無齒，起導向作用，兼有部分支承作用；支重輪起支承作用；托鏈輪用來承托履帶鏈，防止履帶下垂[6]。

4結語

新型井下自動上卸料裝置采用履帶行走機構，能夠適應各種復雜工況；通過閉合的抓斗將混凝土干拌物取出和放下，很大程度上減少了粉塵的產生；代替人工作業，提高了噴漿效率，降低了施工成本。

參考文獻：

[1]薛順勛, 聶光國, 姜光杰，等. 軟巖巷道支護技術指南[M]. 北京: 煤炭工業出版社, 2001: 48-52.

[2]王錕, 尚玉征, 劉昊. 礦用自動上料混凝土噴射機用升降式采料裝置:中國, 201220462235.9[P]. 2012-09-12.

[3]陳飛, 李艾民, 張文娟. 一種礦用自動裝卸料裝置:中國, 201320114905.2[P]. 2013-03-14.

[4]石博強, 饒綺麟. 地下輔助車輛[M]. 北京: 冶金工業出版社, 2006: 38.

[5]許福玲, 陳堯明. 液壓與氣壓傳動[M]. 北京: 機械工業出版社, 2007: 4-5.

[6]安東諾夫. 履帶行駛裝置原理[M]. 魏宸官, 譯. 北京: 國防工業出版社, 1957: 47-53.

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20160126.1541.004.html

A new type of underground automatic loading and unloading device

LI Aimin,CHEN Fei,PENG Xi

(School of Mechatronic Engineering, China University of Mining and Technology,

Xuzhou 221116, China)

Abstract：For low efficiency caused by manually putting dry concrete material into pug mill during underground guniting support, a new type of automatic loading and unloading device was proposed by analyzing structures of existing automatic loading and unloading devices, and structure design of the device was introduced in details. The device uses caterpilar belt running gear to move following pug mill, adopts closed clam bucket to reduce dust, and loads and unloads concrete material automatically, so as to improve supporting efficiency.

Key words:guniting support; automatic loading and unloading device; automatic loading; automatic unloading

作者簡介：李艾民(1965-)，男，江蘇邳州人，教授，碩士，研究方向為虛擬樣機，E-mail:liaimin@cumt.edu.cn。通信作者：陳飛(1967-)，女，浙江嵊州人，副教授，博士，研究方向為機電液一體化和現代機械設計理論及方法，E-mail:cfcumtxz@126.com。

基金項目：江蘇省產學研聯合創新資金前瞻性聯合研究項目(BY2014028-04)。

收稿日期：2015-10-28；修回日期：2015-12-30；責任編輯：李明。

中圖分類號：TD353

文獻標志碼：A網絡出版時間：2016-01-26 15:41

文章編號：1671-251X(2016)02-0016-03

DOI:10.13272/j.issn.1671-251x.2016.02.004

李艾民，陳飛，彭茜.一種新型井下自動上卸料裝置[J].工礦自動化，2016,42(2)：16-18.