對懸臂式掘進機開發設計方向的分析

趙桂麗

（久益環球（佳木斯）采礦設備有限公司，黑龍江 佳木斯 154003）

對懸臂式掘進機開發設計方向的分析

趙桂麗

（久益環球（佳木斯）采礦設備有限公司，黑龍江 佳木斯 154003）

摘要：自20世紀80年代初期，我國大批引進煤炭采掘設備，并通過不斷地消化、吸收，積累了一些設計經驗，使得我國的煤炭采掘設備得到了長足的發展。然而在發展過程中，現有部分產品仍然與國際知名品牌存在一定的差距。因此，如何結合我國煤炭領域的實際特點，繼續發展掘進機技術，完善懸臂式掘進機的結構與功能，使我國懸臂式掘進機走向一個新的高度則尤為重要。本文筆者即對國內、外掘進機的發展現狀進行探討，并對我國懸臂式掘進機的未來發展趨勢展開談論，以期能夠為我國懸臂式掘進機未來的開發設計方向提供有力的依據。

懸臂式掘進機；開發設計；發展趨勢

近些年來，伴隨著我國工業化發展水平的不斷提高，國內也加強了引進煤炭采掘設備的吸收與消化工作，并且進行了積極的自主研發，可以說現如今，我國懸臂式掘進機的整體技術已經達到了國際先進水平，并能夠基本滿足國內掘進機市場的基礎需求。但部分產品與國際相比仍存在一定的差距。所以，如何縮短這個差距，并且結合我國煤炭領域的自身特點，加強自主研發能力，發展掘進機技術則具有十分重要的現實意義，也勢必會成為今后懸臂式掘進機開發設計的重要方向。以下筆者即結合個人多年從事懸臂式掘進機開發設計的實踐工作經驗與相關參考文獻，從國內、外掘進機的發展現狀與發展趨勢入手進行粗淺地探討，提出未來我國懸臂式掘進機的發展方向，從而為懸臂式掘進機的開發設計提供有力的依據與必要的支持。

1.國外掘進機技術現狀與發展趨勢分析

世界第一臺掘進機出自19世紀70年代的英國，是為了修建一條海底隧道而進行生產制造的，而懸臂式掘進機則出自20世紀30年代的美國，并將這項技術應用到采礦作業之中，并且通過40余年的不懈努力與研究，英國、蘇聯、美國、德國、日本等十余個國家先后研制出70多種懸臂式掘進機機型，以供生產活動需求。尤其是通過對歷史的分析，我們可以知道，各國在懸臂式掘進機的研究初期，主要以煤巷作業為主要對象。中期產品則以截割各種煤炭的中型掘進機為研究對策。而近些年則以中硬巖和工程隧道為作業對象的重型、全巖巷道掘進機為研究對象。而正是通過人們的不懈努力與研究分析，目前掘進機的適用范圍在不斷地擴大，掘進斷面在不斷增大，適應坡度在不斷提升，截割能力在不斷加強，輔助功能以及智能控制也在不斷提高，從而使懸臂式掘進機在工業發展中占據了越來越重要的地位。

首先，懸臂式掘進機的適用范圍在不斷擴大。懸臂式掘進機原本應用在煤巷掘進作業之中，但隨著掘進機技術的不斷發展進步，懸臂式掘進機的截割頭性能被不斷增強，掘進機機械穩定性也在不斷提高，使得懸臂式掘進機可最高截割硬度高達206MPa的巖石，從而也被廣泛應用在礦山、工程隧道、軍工等領域之中；其次，懸臂式掘進機的掘進斷面與適應坡度在不斷提升。為了更好地適應礦山巷道以及工程隧道的需要，近些年來，掘進機的掘進斷面與適應坡度都在不斷地提升，以便能夠適用于多種斷面形式之上，并且擁有更好的爬坡能力；再次，懸臂掘進機截割能力在不斷地加強。近些年來，各個掘進機生產制造企業都加強了掘進機截割能力的研究，進而不斷提升截割電機的功率，尤其是目前絕大多數的中型掘進機往往采用100kW～200kW之間的電機，而重型掘進機則采用200kW以上的電機大大地增強了掘進機的截割能力；最后，輔助功能以及智能控制也在不斷地提高。隨著自動化控制技術的不斷發展，掘進機的自動化程度也在不斷被提高，尤其是遙控操作、截割路徑軌跡顯示、自動定位系統及故障自動診斷系統的應用都已經使掘進機系統走向了智能化控制階段，并使掘進機技術發展邁向了一個全新的臺階。

2.我國懸臂式掘進機的發展現狀

1965年我國開始了對掘進機的研制工作，最初仿制的是蘇聯制造的JIK-3型掘進機，而在20世紀80年代，我國通過對英、法、美、德等多個先進國家掘進機的大量引進，并組織開展了重大技術引進、吸收消化項目，進一步推動了我國掘進機技術的發展，并且通過不懈地努力，擁有了批量生產掘進機的能力，從而在一定程度上結束了我國在中、小型掘進機依賴進口的不利局面。尤其是自2000年以后，我國在重型掘進機的研制工作上更進入到了一個快速發展階段，研發了國內輕、中、重型和硬巖系列掘進機全新機型十多種，進一步形成了掘進機產品系列化、多功能化的勢態，如圖1所示。

圖1　掘進機機型

3.我國懸臂式掘進機開發設計的未來發展趨勢

3.1 向重型硬巖、全巖掘進機方向發展

由于科技的不斷進步，先進截齒的出現，刀耗也在不斷地下降，進而使得掘進機在巷道之中能夠比較經濟地進行掘進。也正因如此，在未來的掘進發展中，掘進機的開發設計勢必會朝著重型硬巖、全巖巷道掘進機的方向而不斷地發展，并成為目前市場主流。而為了進一步實現掘進機在硬巖上的經濟截割，可以進一步優化炮頭的設計工作，改善截齒排布，提高截齒性能，增強導流板的耐磨性，進而科學地增大掘進機的機身重量，提高截割功率。

3.2 拓展掘進機技術在工程、公路隧道等領域上的應用

以往懸臂式掘進機多使用在煤炭巷道之內，而近些年來，越來越多的懸臂式掘進機被使用在工程、公路隧道、國防地下工程等領域之中，并發揮著至關重要的作用。所以，在懸臂式掘進機開發設計中，未來的發展趨勢勢必是不斷提高掘進機的實用型與適應性，使其能夠擁有更加強大的破巖能力，并且不斷提高掘進施工的安全防護功能，使其實際使用范圍不斷增大。

3.3 向著多輔助功能的掘進機方向發展

第一，做好掘進機上配套機載除塵系統的設計研究。而做好這點的根本意義在于進一步改善作業環境，抑制肺吸病原的發生，擴張掘進機的使用范圍。具體除塵設計方案如下：

除塵方案，包括兩個部分：對本機進行除塵、對外載進行除塵。其中，對本機進行除塵則可采用，增加環噴系統、采用文丘噴嘴、改善內噴水稻布置和密封結構，這三種方法；而對外載進行除塵則可采用振弦除塵系統。

第二，做好掘進機配套機械臨時支護系統的設計。而做好這一設計的根本目的是為了提高施工作業安全，確保錨桿支護人員都能夠在安全的防護條件下進行打錨桿作業。尤其是目前絕大多數的掘進機制造企業雖然相應的配套了臨時支護系統，但是效果仍然不是很理想，因為對這方面的設計研究應作為今后開發設計的一個要點。

第三，向著自動化、智能化、可視化的安全、節能、環保型掘進機方面進行研究。可以說伴隨著懸臂式掘進機重型化發展需求的不斷加劇，對掘進機的控制技術要求也就越來越高，而在此基礎上不僅僅包括對掘進機方向、斷面、截割自控調節的控制，還包括對掘進機機械性能運行監控系統、故障診斷系統等方面的控制。因此，在未來的發展中懸臂式掘進機勢必會向著自動化、智能化、可視化等方面不斷發展，同時開發設計出安全、節能、環保的懸臂式掘進機也勢必成為掘進機發展的重要方向。

結語

綜上所述，本文筆者對國內、外掘進機的發展現狀進行闡述，提出了未來我國懸臂式掘進機的發展趨勢，也是希望通過本文筆者的粗淺闡述能夠為今后懸臂式掘進機的開發設計提供一個有力的依據，能夠為廣大同行在今后的自主研發過程中提供一個有益的參考借鑒，從而盡快地縮短我國在懸臂式掘進機技術上與國外先進技術上所存在的部分差距，能夠更加清楚地認識到今后努力的方向，從而我國懸臂式掘進機技術的提高，走向一個新的水平高度提供有益的鋪墊。

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