一种新型井下自动上卸料装置.pdf

第 4 2卷 第 2期 2 0 1 6年 2月 工矿 自 动化 I ndu s t r y a n d M i ne Aut oma t i on Vo 1 ． 4 2 NO． 2 Fe b ． 2 O 1 6 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 O 1 6 0 2 0 0 1 6 0 3 DOI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 X ． 2 0 1 6 ． 0 2 ． 0 0 4 李艾 民， 陈飞 ， 彭茜． 一种新型井下 自动上卸料装置E J ] ． 工矿 自动化， 2 0 1 6 ， 4 2 2 1 6 1 8 ． 一 种新型井下 自动上卸料装置 李 艾民 ， 陈飞 ， 彭 茜 中国矿业大学 机电工程学院， 江苏 徐州 2 2 1 1 1 6 摘要 针对井下喷浆支护过程中， 混凝土干拌物进入搅拌机的过程 因采用人工上料方式而导致效率低 的 问题 ， 通过 分析 现有 自动 上卸料 装 置结构 ， 提 出了一 种新 型 井 下 自动上 卸料 装 置 ， 重 点介 绍 了该装 置 的 结构 设计。该装置采用履带行走机构， 能够随搅拌机移动； 采 用闭合抓斗， 减 少了粉 尘； 自动进行上卸料工作 ， 有 利 于提 高支护 效率 。 关键 词 喷 浆 支护 ；自动 上卸料 装 置 ；自动 上料 ；自动卸 料 中图分类号 TD 3 5 3 文献标志码 A 网络出版时间 2 0 1 6 0 1 2 6 1 5 4 1 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． T P ． 2 0 1 6 0 1 2 6 ． 1 5 4 1 ． 0 0 4 ． h t ml A ne w t y p e o f u n de r gr o un d a u t o ma t i c l o a d i n g a n d un l o a d i ng d e v i c e LI A i m i n， CHEN Fe i ，PENG Xi S c h o o l o f M e c h a t r o n i c En g i n e e r i n g ，Ch i n a Un i v e r s i t y o f M i n i n g a n d Te c h n o l o g y Xu z h o u 2 2 1 1 1 6 ，Ch i n a Abs t r a c t Fo r l o w e f f i c i e n c y c a u s e d b y ma nu a l l y pu t t i n g d r y c o nc r e t e ma t e r i a l i nt o p ug mi l l du r i ng u nde r gr o un d gu ni t i n g s u pp or t ，a ne w t y pe o f a ut o ma t i c l o a di ng a n d u nl o a d i ng de v i c e wa s p r o p os e d by a n a l y z i n g s t r u c t u r e s o f e x i s t i n g a u t o ma t i c l o a d i n g a n d u n l o a d i n g d e v i c e s ，a n d s t r u c t u r e d e s i g n o f t h e d e v i c e wa s i nt r o du c e d i n d e t a i l s．The d e v i c e us e s c a t e r p i l a r be l t r un ni n g ge a r t o mo ve f o l l o wi n g pu g mi l l ，a d o pt s c l o s e d c l a m b uc ke t t o r e d uc e d us t ，a nd l oa ds a nd unl oa d s c o nc r e t e m a t e r i a l a u t o m a t i c a l l y，S O a s t o i mpr o ve s u pp or t i ng e f f i c i e nc y． Ke y wo r ds g un i t i n g s u pp or t ；a u t o m a t i c l o a d i ng a nd u nl o a di ng d e v i c e； a u t o ma t i c l o a d i ng； a ut o ma t i c un l oa di n g 0 引 言 目前矿山井巷主要采用喷浆支护方式。该方式 利用压缩空气将水泥砂浆以较高的速度喷射到岩体 表面， 凝结硬化后形成支护_ 1 ] 。传统喷浆工艺流程 中， 由人工完成从矿车 内卸料至料场 、 拌料 、 再次上 料至矿车等工作 ， 劳动强度大 ， 工作效率低 ， 严重影 响支护施工的速度和喷浆质量。本文提出一种能够 代替人工上料的自动上卸料装置 ， 大大提高了喷浆 支护的效率和质量。 1现 有 自动 上卸 料装 置分析 某矿用 自动 上 料 喷浆 机 采 用 升 降式 采 料 装 置 _ 2 ] 。图 1 为 采料装 置侧 面 。该采 料装 置通过 链 轮 使 1 2 个挖斗不断旋转来 进行取料 、 卸料 ， 采用升降 油缸解决取料面下移问题。整个装置由液压马达驱 动。在取料过程 中， 随着矿车中混凝土干拌物不断 减少 ， 升降油缸驱动升降支架下移， 挖斗抓取矿车内 的混凝土干拌物 。内外压链轮用于在升降支架位置 变化时调节链条的张紧状态。该采料装置每个挖斗 收稿 日期 2 0 1 5 1 0 2 8 ； 修 回日期 2 0 1 5 1 2 3 0 ； 责任编辑 李 明。 基金项 目 江苏省产学研联合创新资金前瞻性联合研究项 目 B Y2 0 1 4 0 2 8 0 4 。 作者简介 李艾 民 1 9 6 5 -- ， 男 ， 江苏邳州人， 教授 ， 硕士 ， 研 究方 向为虚拟样机 ， E - ma i l l i a i mi n c u ret ． e d u ． c n 。通信作 者 陈飞 1 9 6 7 一 ， 女， 浙江嵊 州人， 副教授 ， 博士 ， 研究方 向为机电液一体化 和现代机械设计理论及方法 ， E ma i l c f c u mt x z 1 2 6 ． c o rn。 2 0 1 6年 第 2期 李艾 民等 一种 新 型井 下 自动 上卸料 装 置 1 7 取料质量小 、 次数多 ， 无法从根本上解决取料过程 中 粉尘飞扬的难题 ； 不能将依附在侧壁的混凝土取出， 且取料机构与矿车底部的协调性不足 ， 无法将物料 完全取出 ； 没有行走机构 ， 导致装置无法随喷浆机 即 时移动 ， 效率 提 升不 明显 。 1 0 l 1 l 一 被 动 链 轮 ；2 一链 条 ；3 一 挖 斗 ； 4 一 升 降油 缸 ；5 一 回转 支 承 ； 6 一外压链轮 ；7 一张紧链 轮 ； 8 一内压链轮 ；9 一升降支架 ； 1 O 一固定支架 ；1 1 一驱动链轮 图 1 矿用 自动上料喷浆机 升降式采 料装置侧面 图 2为某现有矿用 自动上卸料装置_ 3 ] 。该装置 采用一个大抓斗抓料 ， 通过纵向平移机构 、 横向平移 机构和竖直伸缩机构实现抓斗取 、 卸料过程 。该装 置 的抓斗 机 构 包 括 左 挖 斗 、 右 挖 斗 、 销 轴 和 挖 料 油 缸 ， 左 、 右挖斗通过销轴连接 ， 销轴侧面固定在竖直 伸缩油缸活塞杆端部 ， 挖料油缸两端分别与左 、 右挖 斗连接。竖直伸缩机构通过竖直伸缩油缸来实现伸 缩 。该 装 置可 在一 定 程 度 上 解 决 人 工上 料 粉 尘 多 、 耗资大、 效率低等问题 ， 但其液压支腿 的爬坡能力较 弱 ， 且 支撑 机构 的规格 导 致 该 装 置 只 适 用 于 固定 巷 道 的施工 现场 。 4 5 7 1 一矿 车 ； 2 一支撑机构 ；3 一抓 斗机构 ； 4 一竖直伸缩机构 ； 5 一横向平移机构 ； 6 一纵 向平移机构 ；7 一槽 钢 图 2 某 现有矿用 自动上卸料装置 2 新 型井 下 自动上 卸料装 置工 作原 理 新 型 井 下 自动 上 卸料 装 置 适用 于 狭 小巷 道 ， 能 够代替人工将矿车里的混凝土干拌物取 出， 然后卸 料放入搅拌机 ， 并将干拌物与水按照一定 比例混合 并搅拌， 为喷浆机提供原料 。该装置工作时将抓斗 旋转到矿车轨道上 ， 将抓斗下降， 然后打开抓斗抓取 物料 ； 再将抓斗提升， 旋转 到搅拌机轨道上； 打开抓 斗， 开始放料。装置行走时如 图 3 a 所示， 抓取混 凝 土干 拌物 时如 图 3 b 所示 ， 卸 料时 如图 3 c 所示 。 r]r1 矿 车 目 矿 车 仁 三 三 矿 车 轨 道 同 尸 f 自 动 上 卸 料 装 置 田 I 搅 拌 机 l a 行 走 矿车轨道 三 [ 二 三 三 二 母矿 车 轨 道 匝 匦 c 卸料 图 3 新型井下 自动上卸料装置工作示意 3新型 井下 自动 上卸料 装 置结构 设计 3 ． 1 总 体 结 构 新型井下 自动上卸料装置由动力源 、 传动系统 、 旋转机构 、 升降机构 、 抓斗机构 、 行走机构组成 ， 其结 构如 图 4所示 。动力 源 用 来 给 整个 装 置 提 供 动力 ； 传动系统控制装置各机构之间协调工作 ； 旋转机构 控制抓斗机构旋转 ， 使抓斗机构从矿车旋转至搅拌 机轨道上 ； 升降机构控制抓斗机构升降， 使抓斗机构 能 够伸人矿车内部取料 ； 抓斗机构是整个装置的执 l 一泵组 ；2 一抓斗；3 ～抓斗油缸 ； 4 一升降油缸 ； 5 一槽钢 ； 6 一旋转机构 ；7 ～阀组；8 ～行走机构 ； 9 一踏板 图 4 新型井下 自动上卸料装置结构 1 8 工矿 自动化 2 0 1 6年 第 4 2卷 行机构 ， 实现抓料 、 取料功能 ； 行走机构使整个装置 能 够 随搅 拌机 移 动 。 3 ． 2 动 力 源 井下工作空间受限， 温度较低 。防爆柴油机体 积较大 ， 价格较昂贵， 且在低温时较难启动 。而电动 机使用方便 ， 在工作过程中不会产生烟尘、 气味， 也 不会污染环境 ， 噪声较小， 因此选择防爆电动机为动 力源 ， 采用蓄电池为 电动机供电。防爆电动机型号 为 z B Q一 7 ． 5 ， 额定转速为 1 1 0 0 r ／ rai n 。 3 ． 3 传 动 系统 井下传动系统一般采用机械传动系统 、 液力机 械式传动系统和液压传动系统。受井下空间和环境 条件 的限制 ， 传动系统必 须结构紧凑、 能 自动控制 、 物理尺寸小 ] 。液压传 动系统 的体积相对较小 ， 且 传递能力很大 ； 传动时机器很平稳， 反应速度快 ， 冲 击很小 ； 工作时无需添加其他元件即可实现无级调 速， 大大简化了机械结构_ 5 ] 。因此装置采用液压 传 动系 统 。电动机 驱 动 液 压 泵产 生 压 力 油 ， 带 动 液 压 马达 、 摆动液压缸、 三级液压缸和单级液压缸 ， 控制 整个 装置运 行 。其 中液 压 马 达控 制 行 走 机 构行 走 、 制动 、 减速和转弯。在井下小巷道工作时， 摆动液压 缸 的旋转 角 度 为 9 0 。 ， 控 制抓 斗 机 构 从 巷 道 垂 直 方 向旋转 至巷 道平 行方 向 。三级 液压缸 的最大伸 长距 离大于矿 车高度 即可。2个单级 液压缸并 联控制 2个 抓斗 叶 片的张 开与 闭合 。 3 ． 4旋转机 构 旋转机构由摆动液压缸控制来实现 9 0 。 或 1 8 0 。 转弯。摆动液压缸往复运动 ， 带动齿轮轴正反 向摆 动旋转 ， 液压缸的往复推力转换 为齿轮轴的输出转 矩 。液 压泵 向摆 动液 压缸 提供 压力油 。在 井下 小巷 道 内工作 时， 摆动液压缸需转 动 9 0 。 来移动抓斗机 构 。在地面上工作时， 根据搅拌机与混凝 土干拌物 的放置位置不同， 摆动液压缸有时需旋转 1 8 0 。 来完 成 上卸 料工 作 。 3 ． 5 升 降机 构 升 降 机构 需 承 受所 抓 取 物料 的重 力 ， 实 现简 单 的上下移动 。在井下工作时 ， 升降机构 由三级液压 缸来实现升降。三级 液压缸在收缩 时轴向长度较 短 ， 占用空 问较小 ， 结构紧凑 ， 适 应井下恶劣环境。 液压泵控制三级液压缸收缩 ， 当三级液压缸伸长时 ， 抓斗机构伸入矿车内部抓取物料 ； 当三级液压缸收 缩时， 抓斗机构将物料从矿车取出。三级液压缸 的 进 出油 口均 连接 平衡 阀实 现 保 压 ， 防 止 三 级液 压 缸 因转动惯性导 致旋转角度大于 9 0 。 。另外 ， 三级液 压 缸 的进 出油 口连 接安 全 阀 ， 以防止误 操作 。 3 ． 6 抓 斗机 构 抓斗机构由 2 个并联的单级液压缸、 2个抓斗叶 片、 销轴、 销和支架组成， 如图 5 所示。抓斗叶片的张 开和闭合由并联的单级液压缸控制 。单级液压缸伸 长时， 2个抓斗 叶片 闭合取料 ； 单级液压缸 收缩 时， 2个抓 斗叶片张开卸料 。该抓 斗机 构 的特点 ① 2 个 抓斗叶片闭合时 中间设置一块重合的长度 ， 防止结 合处混凝土干拌物掉落； ② 抓斗叶片闭合时底部 的 弧线为半圆弧线 与矿车底部形状相同 ， 使取料更 加完全； ③ 2个并联液压缸同时控制抓斗 叶片， 使 抓 斗 叶片推 力更 大 ， 稳 定性更 好 ； ④ 采用 耐磨 材料 。 3 4 1 一抓斗 叶片 ；2 一销轴 1 ；3 一支架 ； 4 一销轴 2 ；5 一单级 液压缸 图 5 抓 斗机构 3 ． 7 行 走机 构 行走 机构 采用 履带行 走机 构 ， 由液 压 马达 、 履 带 板、 驱动轮 、 导 向轮、 支重轮和托链 轮组成 。液压马 达为整个行走机构提供驱动力矩 ； 履带板是用连接 销连接起来 的封闭环 ， 通过传送牵 引力使整个装置 运行 ； 驱动轮为齿块式 ， 满足回转轻快、 传动效率高、 耐磨损的要求 ； 导 向轮轮缘无齿 ， 起导 向作用 ， 兼有 部分支承作用 ； 支重轮起支承作用 ； 托链轮用来承托 履带 链 ， 防止履 带下 垂l 6 ] 。 4 结语 新型井下 自动上卸料装置采用履带行走机构 ， 能够适应各种复杂工况 ； 通过闭合 的抓斗将混凝 土 干拌 物取 出和放 下 ， 很 大程 度上 减少 了粉 尘 的产 生 ； 代替人工作业 ， 提高了喷浆效率， 降低 了施工成本 。 参考文献 E l i 薛顺勋 ， 聂光 国，姜光杰 ， 等．软岩巷道支护技术指 南 [ M] ．北京 煤炭工业出版社 ， 2 0 0 1 4 8 5 2 ． E 2 ] 王锟 ，尚玉征 ， 刘 吴．矿 用 自动上 料混凝 土 喷射机 用 升降式 采 料 装 置 中国 ，2 0 1 2 2 0 4 6 2 2 3 5 ． 9 [ P ] ．2 0 1 2 一 O 9 1 2． [ 3 ] 陈飞 ， 李艾 民，张文娟．一种矿用 自动装卸料装 置 中 国 ， 2 0 1 3 2 0 1 1 4 9 0 5 ． 2 [ P ] ．2 0 1 3 0 3 1 4 ． [ 4 ] 石博强 ， 饶绮麟．地下辅助 车辆 [ M] ．北 京 冶金工业 出版 社 ，2 0 0 6 3 8 ． [ 5 ] 许福玲 ， 陈尧 明．液压与气压传动 [ M] ．北京 机械 工 业出版社 ， 2 0 0 7 4 - 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