立井抓巖機的研究與改進

　　HK型靠壁式抓巖機由地面絞車單獨懸吊，不受吊盤影響，但每次作業前需將機身通過錨桿固定在井幫上。當井幫圍巖松軟時，抓巖機很難固定。因此，這種抓巖機不適于煤炭系統鑿井使用，即使冶金系統現在也很少使用。
HH型環形軌道抓巖機曾在大屯、兗州、開灤等礦區應用，并在錢家營礦副井表土段施工中取得月成井122m的好成績。但由于這種機型的環形軌道尺寸固定，不適于變井徑井筒。而且在抓巖時常出現環形軌道隨吊盤傾擺，致使抓斗不能到位投抓。因此，該機在近年已不生產。
HZ型中心回轉抓巖機性能可靠，機動靈活，故障率低，適用于不同井徑的井筒。因此，這種抓巖機自研制成功以來，一直成為煤炭、冶金系統主要使用機型。但從眾多施工單位使用情況看，這種抓巖機也存在急需解決和改進的問題。

2　HZ中心回轉抓巖機存在的問題
　　(1)變幅機構推力油缸損壞嚴重。HZ型中心回轉抓巖機推力油缸采用普通的雙作用油缸。油缸中的液壓油采用氣液增壓器加壓，只有下腔通液壓油，而上腔則與大氣相通。因為井下空氣潮濕，油缸上腔極易銹蝕，密封圈損壞嚴重，廠家在生產HZ-6B型中心回轉抓巖機時，也沒有采用有效的方法解決這個問題，而由不清潔的機架管腔代替附油箱，油中雜質又極易損壞下腔和活塞。為此，常常需要充足的備件更換。更換油缸或密封件不僅影響掘進工時，而且油缸備件費用十分昂貴。
(2)提升鋼絲繩跳匝。由于HZ型中心回轉抓巖機以鑿井吊盤為機架，司機操縱室一般距工作面20m左右。由于井下照明條件有限，加之水霧大，致使抓巖機司機視野不清，抓斗落地后很難準確控制松繩量。松繩量過小，抓斗不能抓滿矸石；松繩量過大，常發生鋼絲繩跳匝咬繩現象，不僅增加了抓巖機維修量及更換鋼絲繩的費用，而且嚴重地影響了抓巖效率。
(3)原機配套的抓斗耐用度低。原機配套的0.6m³抓斗耐用度低，使用壽命短，主要表現為氣缸拉傷、連桿折斷、抓片變形、耳子斷裂、抓尖脫落、U型環和銷軸損壞十分頻繁。一般整機在不間斷維修和大量更換備件的條件下，累計抓巖量也不足10 000m³。
以上這些問題，嚴重影響抓巖生產率，浪費抓巖工時。據統計，在平頂山六礦二水平進風井施工中，抓巖機故障時間占總掘砌循環時間的5%，其它礦區抓巖機故障率更高。因此，如果能全面系統地解決上述問題，其技術經濟效益是十分顯著的。

3　中心回轉抓巖機結構與性能的改進
　　提高抓巖機主機的機械化程度，研究抓巖阻力的變化規律，減少抓斗及其它部件的故障率是近幾年國內抓巖機的主要攻關目標。
針對目前HZ型中心回轉抓巖機存在的問題，煤科總院北京建井研究所與太原礦山機器廠合作，成功地研制開發了HZ-6C型中心回轉抓巖機。HZ-6C型中心回轉抓巖機比HZ-6型抓巖機有以下幾點改進。
3.1　增加了抓斗自動降控系統
在原HZ型抓巖機氣動控制系統基礎上增加了具有傳感和執行功能的鋼絲繩氣動自動降控裝置。其主要動作原理是，當抓斗落地失重后，由自動降控裝置中的頂桿壓向機控閥的操作鈕，機控閥換向并將壓縮空氣送進延時閥控制口，經延時后，氣控單向閥控制口通大氣，由氣控單向閥截止氣源，提升馬達斷氣停車。延時閥的延時時間可根據掘進工作面的矸石量和抓巖機司機的熟練程度自由調節，一般為3～10s。
在抓巖機上安裝上述自動降控裝置及其配套的控制閥后，司機只要將抓巖機操作閥打到抓斗下放位置，抓斗落地完成下挖動作后，18.64kW氣馬達則會自動停車，然后可進行抓斗抓巖閉合、提升、張開等操作，從根本上解決了司機在抓斗落地后停車控制難、鋼絲繩易損壞斷繩等問題，實現了自動控制抓斗下放、落地、下挖、停車等全過程，使我國抓巖機向自動化方向又邁進了一步。
3.2　改進變幅機構推力油缸
為了徹底根除推力油缸銹蝕、拉傷及漏油現象，研制了自潤滑閉路循環油缸。自潤滑閉路循環油缸與普通雙作用液壓缸不同之處在于液壓缸的活塞桿空腔儲有潤滑油并與推力液壓上腔相通。當來自增壓缸的高壓油經控油閥進入液壓缸下腔時，活塞桿向上伸出使抓巖機大臂上擺，液壓缸上腔的潤滑油被活塞壓入到活塞空腔內；當抓巖機大臂下擺時，液壓缸下腔回油至增壓缸，油缸活塞下移。在大臂及抓斗的重力作用下，活塞桿空腔內的潤滑油被吸回到油缸上腔，如此循環，實現液壓缸上腔閉路潤滑。為了減小活塞與液壓缸的運動阻力，在活塞桿端部設有呼吸器。在呼吸器內部裝有防溢片，保證進入活塞桿空腔的油不被溢出，同時有效阻止了污物進入活塞桿空腔。
3.3　引入DTQ6型抓斗
DTQ型系列抓斗為煤科總院北京建井研究所研制開發的新一代多瓣式氣動抓斗，該抓斗采用了具有局部自由度的五桿機構的組合結構。抓巖時，當兩相鄰抓片遇有夾石或被石塊卡阻時，其余抓片仍能借助抓斗機構的多余活動度而實現差動閉合。這樣一方面提高了抓斗的抓滿系數，另一方面使抓斗各構件始終保持均等受力狀態。所以，抓斗的耐用度明顯高于原機配套抓斗。據在大同礦務局四臺溝工程處進行的耐用度跟蹤考核試驗結果表明，該抓斗曾創累計抓巖近40 000m³而未更換主要零部件的紀錄，達到國內同類抓斗使用壽命的4倍。所以，引用DTQ6型抓斗后，使抓巖機的綜合機械性能得到了大幅度的提高。
DTQ6型抓斗之所以經久耐用，很重要的一點是在設計方法上改變了傳統的做法。國內抓斗的傳統設計方法或沿用前蘇聯50年代提出的計算理論，或進行簡單的類比設計，致使抓斗結構設計不合理，抓巖效率不高，使用壽命低。煤科總院北京建井研究所在對抓斗抓巖過程中的抓巖阻力矩進行測試研究基礎上，建立了抓巖阻力及阻力矩的數學模型。經過實測，DTQ6型抓斗工作時的動力特性符合實際工況條件，因此在不增加氣缸直徑和重量的情況下，抓巖效率高，使用壽命長。
通過改進形成的HZ-6C型中心回轉抓巖機的技術性能明顯優于HZ-6型抓巖機。由于HZ-6C型抓巖機能自動控制抓斗落地動作和時間，既杜絕了鋼絲繩跳匝現象，又提高了抓巖機的自動化程度，從而提高了抓巖機的生產效率。據測試，HZ-6C型抓巖機的實際技術生產能力達到75m³/h。

4　結　語
綜上所述，國內抓巖機的研制從引進到仿制，從消化吸收到自行開發，取得了令人滿意的成果?？v觀立井施工技術的發展趨向，抓巖機還需從以下幾個方面進行改進提高。
(1)將抓巖機操作系統移到井筒工作面，實現離機遙控操作，提高抓巖機工作效率，避免誤操作。
(2)對抓巖機關鍵元部件進行技術攻關，提高設備的可靠性。
(3)研制適于抓巖機配套的消聲裝置，降低工作面噪聲，改善抓巖作業環境。
(4)減輕抓巖機重量，減小機器外形尺寸，最大限度地減少占用井筒有效空間。

作者單位：煤炭科學研究總院，北京，100013

作者簡介

　　姜　利，男，1960年生，高級工程師。1983年畢業于阜新礦業學院，現從事科研管理工作，已發表論文10余篇。