成果簡(jiǎn)介
一、 項(xiàng)目來源及背景
隨著國(guó)家機(jī)械化、智能化礦山建設(shè)的戰(zhàn)略要求，巷道掘進(jìn)對(duì)機(jī)械化、自動(dòng)化裝備的需求也越來越高，以提高掘進(jìn)效率、減少人員，同時(shí)大幅提高巷道掘進(jìn)的人身安全。
懸臂式掘進(jìn)機(jī)廣泛應(yīng)用于煤礦、金屬礦山、引水工程、城市地下管網(wǎng)、鐵路公路隧道、地鐵等巷道作業(yè)中，使巷道掘進(jìn)逐步實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，但掘進(jìn)效率、安全性仍不能滿足巷道作業(yè)越來越高的需求。同時(shí)，雖然掘進(jìn)機(jī)是集行走、截割、物料輸送為一體的機(jī)器，實(shí)現(xiàn)了巷道掘進(jìn)的主體功能，但這些功能并不能完全滿足巷道掘進(jìn)的全部工藝需求，如探水探氣，如錨桿支護(hù)，甚至在掘進(jìn)時(shí)，遇到巖石硬度超過掘進(jìn)機(jī)破巖能力，由于掘進(jìn)機(jī)體積龐大，占用巷道，增加了人工炮掘的難度和危險(xiǎn)。因此提高掘進(jìn)機(jī)破巖能力、提高掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)效率、安全環(huán)保且多功能，是掘進(jìn)機(jī)發(fā)展必由之路。
在一些特殊工況下，掘進(jìn)機(jī)的推廣應(yīng)用，仍難以實(shí)現(xiàn)，如18°以上的大坡度巷道、硬巖巷道、7m2以下小巷道等。
傳統(tǒng)縱軸懸臂式掘進(jìn)機(jī)，受電動(dòng)截割頭結(jié)構(gòu)、安全特性影響，性能上存在幾個(gè)薄弱點(diǎn)：（1）功能單一，只能實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)常規(guī)的功能，如行走、運(yùn)料、掘進(jìn)；巷道掘進(jìn)遇到硬巖時(shí)，進(jìn)退兩難。（2）體積大，機(jī)身重，決定了其爬坡能力先天不足；（3）同功率破巖能力差。
從市場(chǎng)調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，掘進(jìn)作業(yè)有以下幾個(gè)問題仍需解決：（1）無(wú)論是EBH35/45，還是EBH90，在硬巖（＞F5）條件下的作業(yè)效率仍不能滿足客戶不斷追求效率的需求；（2）當(dāng)需要打探水探氣的探孔或打錨桿時(shí),需停機(jī)單獨(dú)用探水探氣或打錨桿鉆機(jī)在掘進(jìn)機(jī)前面的巖壁處作業(yè)；（3）掘進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的大量粉塵，使巷道內(nèi)粉塵濃度極高，作業(yè)能見度底，無(wú)法連續(xù)作業(yè),也會(huì)對(duì)在施工的人員身體產(chǎn)生極大的傷害。
二、項(xiàng)目介紹
1、主要研究?jī)?nèi)容
本項(xiàng)目產(chǎn)品的目的是提供全液壓無(wú)級(jí)變速多功能掘進(jìn)機(jī)，可以在煤礦巷道掘進(jìn)、修復(fù)巷道，還可以用于公路鐵路、水利工程隧道掘進(jìn)，地下工程（下水道、電纜通道、地鐵）的拓展，具體講是一種能實(shí)現(xiàn)連續(xù)巷道、隧道掘進(jìn)作業(yè)的全液壓無(wú)級(jí)變速掘進(jìn)機(jī)。內(nèi)容如下：
（1）整機(jī)的全液壓控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)每個(gè)動(dòng)作可以獨(dú)立或復(fù)合的實(shí)現(xiàn)精密控制；同時(shí)恒功率液壓泵自動(dòng)根據(jù)工況負(fù)載實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變量，截割頭可自適應(yīng)截割物料的硬度自動(dòng)調(diào)速；
（2） 機(jī)身的小巧靈活性和整機(jī)功能性拓展。機(jī)器最小可在巷道2m*2m以下、大巷道4.5m*5.5m以上適合作業(yè)；設(shè)計(jì)的截割臂除能完成正常的銑挖物料外，還能完成對(duì)堆積在鏟板上和機(jī)器左右前側(cè)面的物料進(jìn)行輔助喂料，滿足輸送機(jī)構(gòu)的能力要求；要求截割臂的作業(yè)范圍廣，橫向銑挖頭可以完成縱向銑掘、側(cè)向銑掘和大臥底量，完全滿足對(duì)巷道頂部和側(cè)壁完成修復(fù)，方便對(duì)工作面的支護(hù)；
（3） 在保證機(jī)器可靠性下實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)有效破巖能力達(dá)到F7以上，破碎破巖能力達(dá)到F10以上；
（4） ±25°坡上機(jī)器自主行走和作業(yè)（無(wú)外輔助支撐），35°以上坡度出料；
（5） 切割作業(yè)的粉塵處理，確保操作者的操作視線，保證連續(xù)作業(yè)；
2、關(guān)鍵技術(shù)
（1）動(dòng)力系統(tǒng)：
采用單電機(jī)設(shè)計(jì)方案，電機(jī)連接聯(lián)軸器，后面是高壓柱塞串泵，把電能轉(zhuǎn)換成液壓能，結(jié)構(gòu)緊湊，布置簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。
（2）液壓系統(tǒng)：
采用全液壓控制，先進(jìn)的LUDV液壓系統(tǒng)使每一個(gè)動(dòng)作可以獨(dú)立或復(fù)合的實(shí)現(xiàn)精密控制。恒功率變量泵和LUDV負(fù)載敏感閥配合，流量輸出與負(fù)載的壓力無(wú)關(guān)，復(fù)合動(dòng)作更協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)操作，并減少了不必要的流量損失，達(dá)到節(jié)能的目的。
（3）截割頭實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速
截割頭采用液壓恒功率控制，轉(zhuǎn)速自動(dòng)適應(yīng)負(fù)載變化，使輸出流量按照實(shí)際工況所需的流量輸出，從而實(shí)現(xiàn)截割頭在0~80rpm轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的無(wú)級(jí)變速，電機(jī)容量利用率高，節(jié)能效果好，截齒損耗率低。
（4） 截割機(jī)構(gòu)
傳統(tǒng)掘進(jìn)機(jī)的截割臂是一體式的直臂結(jié)構(gòu)，工作過程中物料收集很不方便。本截割機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成折臂式結(jié)構(gòu)，由大臂、小臂和截割頭組成，用銷軸鉸接連接，通過控制截割臂上各相應(yīng)油缸和回轉(zhuǎn)油缸的伸縮，實(shí)現(xiàn)收料扒料功能，將截割的物料撥進(jìn)鏟板內(nèi)，提高裝運(yùn)效率。
（5） 水冷和風(fēng)冷混合散熱方式
冷卻水源通過水濾清器進(jìn)入主水箱，通過板翅式換熱器冷卻高溫液壓油，并通過水泵提供內(nèi)外噴霧系統(tǒng)水源。當(dāng)工況環(huán)境無(wú)水源或水源不足時(shí)，采用風(fēng)冷散熱，以保證掘進(jìn)機(jī)正常工作。
（6） 截割頭
采用橫軸式液壓截割頭，切削形式更合理，截割頭轉(zhuǎn)速高，通過無(wú)級(jí)變速切削，使?jié)L筒截齒在巖壁切削時(shí)形成慣性沖擊力，有效提高破巖能力，經(jīng)濟(jì)截割能力達(dá)到F7。此性能與傳統(tǒng)掘進(jìn)機(jī)相比，同等截割功率截割硬度提高30%以上。（EBZ160經(jīng)濟(jì)破巖能力僅為F5）
（7） 多功能一體化
本產(chǎn)品可根據(jù)不同工況要求實(shí)現(xiàn)截割頭或破碎錘或挖斗的更換，適應(yīng)多功能作業(yè)；同時(shí)，可在截割機(jī)構(gòu)上安裝鉆錨機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)掘錨鉆一體化。
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