煤矿用挖掘式装载机研制与应用
摘要：根据峰峰集团羊东矿实际情况，设计开发了ZWY-120/55L煤矿用挖掘式装载机，实现了掘进工作面装载、转载、运输的机械连续作业，取得了较好的经济效益和社会效益，为巷道掘进自动装煤提供了方法和经验。
关键词：煤矿；挖掘式；装载机
一、羊东矿工作面地质概况
1、井下工作面位置：该工作面位于-400～-620四一区内，西与里8459工作面相邻，北至8460工作面一号陷落柱，南至四一皮带下山保护煤柱，东以8463工作面为界。
2、工作面标高：该工作面地面标高为150.6～156.9m，井下标高为-576.6～-675.8m。
3、煤层情况及顶底板岩性：本工作面煤层为野青煤，即石灰系上统太原组4号煤，煤层厚1.1～1.3m，平均厚度1.2m，该地区煤层结构简单，属单一煤层，无夹石，局部有结核。
4、煤岩硬度：岩石为坚固的中粒砂岩，普氏系数f=8～10；煤层普氏系数f=1～1.5.
5、支护方式及巷道规格：采用锚网梁配合锚索支护形式支护；巷道净宽×净高=3.3×2.3m。
二、挖掘式装载机主要结构
ZWY-120/55L型挖掘式装载机主要由工作机构、运输机构、行走机构、下车架、液压系统﹑电气系统等部分组成，其结构简图如图1。工作原理：由履带推进，铲板集料，靠工作机构上的大臂、回转、小臂、挖斗进行装
料，同时由运输槽内刮板把物料输送到后面的矿车或其它运输设备上。
图1 ZWY-120/55L型挖掘式装载机
1、工作机构
工作机构由回转座、大臂、中臂、小臂、挖斗、破碎锤、大臂油缸、回转油缸、小臂油缸、挖斗油缸等组成。
工作机构方案设计结合整机结构，采用铰点布置软件，挖、装更加合理。所有结构件均采用优质低碳合金钢焊接而成，具有强度高、抗冲击的优良性能。液压油缸由专业高品质油缸厂设计制造，活塞杆中频淬火，表面硬度高，活塞杆、缸底销轴孔及其他结构件铰接处均采用耐磨网纹钢套，加装防尘圈，耐磨性更好，提高使用寿命。
2、运输机构
运输机构采用液压驱动、边双链刮板输送机。主要由主动轮机构、从动轮机构、张紧装置、输送槽、集料铲板、刮板链组件﹑抬槽油缸等组成。其中，主动轮采用分体式高强螺栓连接的结构方式，维修方便；张紧装置采用柔性张紧方式，可以有效地调整刮板的位置偏差，减少卡链，实现单边受力的修正；输送槽的分段设计及可靠的连接装置，不仅方便解体下井，
而且可调整卸载距离和卸载高度，以满足客户的后配套转运设备；刮板链组件采用高低刮板错落布置，即可输送泥浆类物料，还可以输送大岩块；输送槽体连接在下车架和抬槽油缸上，槽体可以上下移动，以满足不同工作的需要。
3、行走机构
整车行走机构采用液压马达驱动履带的形式，履带架同时又为液压泵站、阀组及电气系统的布置平台。行走机构主要由履带架、驱动轮总成、导向轮总成、支重轮总成、拖链轮总成、履带链板总成、张紧装置、行走减速机等组成。
履带架是履带行走装置的承重骨架，由驱动座、引导座、履带架、盖板组焊成框架式，重量轻、刚性好。
驱动轮采用高强度合金钢制作，经强化热处理。具有较高的强度和良好的耐磨性能，轮与轴之间采用浮动密封，结构简单，性能可靠，装配时一次性注油，便于维护，直到磨损量达到极限程度后再更换。
引导轮后面安装有张紧装置，使履带保持一定的张紧度，并缓和机器行走时由于地面不平而引起的冲击力。当履带行走遇障碍物时，张紧装置可以使引导轮通过两侧引导架前方导轨后移一定距离，以免履带局部受力过大。张紧装置为液压张紧，直接用黄油枪将黄油压入液压缸中，使活塞外伸，一端移动导向轮，另一端压缩弹簧使之张紧。
履带链板直接和巷道底板岩石接触，承受机器的全部重量和驱动力，本机直接采用液压挖掘机标准组合履带。
4、下车架
下车架即可称为主机架，用于连接行走机构、工作机构、输送机构，整体为结构件。其中，结构设计充分利用三维造型、受力分析等实用软件，构件选用高强钢板，以达到框架坚固、质量又轻的效果。
5、液压系统
液压系统采用开式回路。泵站主要由防爆电动机、主泵（双联柱塞泵）、副泵（齿轮泵）、分动箱组成。电动机通过分动箱分别驱动双联柱塞泵和齿轮泵，结构简单、紧凑，工作可靠。
控制回路系统采用一组主阀（九联多路换向阀）和一组副阀（五联多路换向阀）。其中大臂下降、大臂回转等回路均在多路阀中集成有节流阀，以保证整机操控平稳。所有执行元件均采用先导控制：两个手动先导阀控制工作机构各动作油缸、单片先导阀控制抬槽油缸、手动换向阀控制运输马达、两组脚踏先导阀控制行走机构。整机操控轻松、便利。
系统冷却采用水冷方式。工作原理：系统回油进入水冷却器蛇形盘管，外接水源（井下来水）经过滤器由另一回路进入水冷却器，待液压油与冷水交换热量后降温流回油箱，冷却后的水经过减压阀进入喷雾装置，由喷嘴喷出，起到降尘的作用。冷却后的水也可通过三通,球形截止阀，流回水源处。
6、电气系统
电气系统主要控制泵站电动机，起动器采用矿用隔爆型真空电磁起动器，具有1140/660V或660/380V电压选择功能。同时，设备配有瓦斯报警器、照明灯、警示电铃、驾驶室远程操控按钮等，控制回路均采用交流36V。
三、技术创新点
1、该挖装机外形尺寸较小，结构简单、紧凑，实现了模块化制作，解体组装方便。
2、该挖装机装煤、装岩速度快，可实现破碎、装载、转载连续作业，装运效率高，极大地减轻了劳动强度，提升了掘进机械化水平，提高了装载效率。
3、工作臂由传统的两节臂改为三节臂，动作更灵活、方便。工作机构可选配中臂、小臂360°旋转式，实现多功能挖装。
4、驾驶室顶棚为液控升降式，可在工作面放炮时或停工时更好地保护驾驶台各种仪表手柄又充分缩小设备运输尺寸。
5、行走系统驱动部分设计结构紧凑，驱动能力强，履带板采用高单齿板，抓地能力强，可实现大倾角斜井装碴。
6、操纵系统采用手动先导控制且先导阀选用进口优质品牌，设备操控轻便、灵敏，稳定、可靠。
四、设备配套应用方案
1、装载机配套皮带机运输方案，如图2，适用于平巷或坡度小于18度斜巷，放炮时，装载机牵引可伸缩式二运皮带后退。特点：效率高、连续性好。
图2 装载机+二运皮带+三运皮带
2、装载机配套刮板机运输方案，如图3，适用于平巷或坡度小于18度斜巷，快速掘进工作面，刮板转载机长45米，放炮时，装载机骑着刮板转载机后退35米左右，工作面每延伸几米就延长刮板转载机槽体及链子，每五十米就延长一次皮带（同时缩短刮板转载机体50米）。特点：简单方便、效率高。
图3 装载机+刮板转载机+皮带机
3、装载机配套矿车运输方案，如图4，此方案多数针对比较小的断面掘进，适用坡度小于18度的工作面，主要特点是能将矸石连续装入矿车，它充分发挥了挖掘式装载机连续装矸的优点，同时大幅度提高了装矿车的速度，从而提高了出矸效率，配套简单，投入小。
图4 装载机+二运皮带+矿车组+牵引机车
五、使用效果
我公司研制的ZWY-120/55L型煤矿用挖掘式装载机于2014年6月在峰峰集团羊东矿8461掘进工作面进行工业性试验。该装载机，在掘进面与二运皮带、三运皮带配套使用，掘进面放炮时，挖装机牵引伸缩式二运后退至距放炮点约15米的安全地带，且降下驾驶室顶棚，有效保护设备
操控单元。爆破后挖装机升起顶棚，前进到碎石煤块前，利用工作臂挖斗将碎石煤块扒搂到挖装机铲板上的送料槽前端，送料槽链条刮板将碎石煤块输送到后部的二运皮带上接而再转运到后部的三运皮带机上。三者配套使用，实现掘进挖装、转载、运输的机械连续作业。
该装载机更着手注重环境保护，实现了超低噪音和很少排放；同时，将驾驶室进行改造，驾驶室顶棚可实现液控升降，满足了头顶部、身侧部的安全要求，让设备操作更加科学，符合人机工程学原理等，具有良好的市场推广应用前景。