井下履带式全液压吊装车的研发与应用

方案设计

1.1设计要求

矿井下不同于地面，它的环境条件存在特殊性（瓦斯浓度高、空气潮湿、空间狭小等）。一些高瓦斯矿井其局部的瓦斯浓度可达5%～16%，如果使用电气设备，极有可能因为产生电火花而引发燃烧、爆炸事故。空气潮湿不但会影响设备使用寿命，还会让设备存在安全隐患。空间狭小导致普通起重运输机在井下无法顺利开展工作。因此研发的井下履带式全液压吊装车应当能够在煤矿井下这种特殊环境下安全可靠的使用。

1.2总体布局原则

总体布局遵循以下原则：①以满足装配空间和操作空间为前提，尽量降低总体尺寸和重量，提高整车机动性能和便于装运。②应充分考虑车辆特殊用途的作业功能，提高车辆在作业时的安全性和稳定性。③应尽量减少车辆的整体重量，提高装载量，增大利用系数，降低耗材和成本。④应避免动力装置、行走机构、专用工作装置相对集中，若整体重量都集中在车辆的前部或后部不利于车辆的机动性能，也不利于车辆的稳定性，对履带的使用寿命也会造成影响。⑤应避免动力装置或工作装置的布置对车架造成集中载荷。

1.3总体方案设计

井下履带式全液压吊装车包括履带底盘、回转支承、转台、配重、起重作业系统、液压介质转换装置、操纵系统。履带底盘与转台通过回转支承联接，起重作业系统、操纵系统与配重安装在转台上，工作时与转台一起相对履带底盘转动，实现回转运动功能。起重作业系统实现吊装功能，履带底盘实现行走功能。操纵系统用来操纵井下履带式全液压吊装车的所有动作。具体结构布置如图1-1所示：

2、井下履带式全液压吊装车结构设计

2.1起重机构结构设计

如图2-1所示：大臂、调幅油缸与机架通过水平销轴铰接，调绳绞车固定在机架上，机架可绕转盘旋转。调幅油缸伸缩时升起和降下起重大臂，改变起吊点的远近。伸缩臂伸出的长度可以变化，主要由调幅油缸来完成，利用缸体和活塞杆之间的相对运动推动伸缩臂的伸缩。小臂伸缩增加了起吊距离远近的范围。调绳绞车在小臂伸出时调整绳的长短，也可用来吊起重物。小臂伸缩由伸缩油缸控制。

2.2转盘机构结构设计

转盘机构是井下履带式全液压吊装车的主要受力部件，又是大部分部件的安装平台，动力总成、起重机构、操纵系统、液压油箱、配重及作业装置都安装在转盘上。转盘机构主要有大齿轮、小齿轮、支架、液压马达组成。液压马达固定在机架上，马达上的主动小齿轮与转盘齿轮啮合，转盘齿轮与起重机构相连，使起重机构回转。转盘齿轮内孔有轴承，轴承内孔则与机架相联结。当带有主动小齿轮的马达旋转时，转盘齿轮带动起重机构作顺时针或逆时针转动。

2.3液压介质转换装置结构设计

煤矿井下液压吊装车的一次动力源是回采工作面乳化液泵站的高压乳化液。二次动力源用的是经液压介质转换器出来的高压液压油。当乳化液从转换器左端进液口输入，高压液压油从转换器右上方出油口输出；当乳化液从中间进液口进入，转换器右端从油箱吸油准备下一次排油循环。

如图2-2所示，液压转换装置工作时，三位四通阀右端动作位工作，液压泵工作，一次动力源高压乳化液由乳化液油箱经液压泵、三位四通阀不断进入液压缸1（以下简称缸1、缸2）右半腔体，推动缸1内的活塞向左运动，缸1左半腔体内的乳化液受压返回到乳化液油箱。由于缸1、2的活塞刚性连接，这时缸2内的活塞也向左运动，这样使得缸2的右端不断从液压油油箱吸油，而液压缸左端腔内的液压油不断地涌入伸缩缸内，伸缩缸伸出，当伸缩缸伸到极限位置时，乳化液不断地进入液压缸1内，压强不断增加，乳化液经溢流阀回到乳化液油箱。当三位四通阀左端动作位工作，液压泵工作，一次动力源高压乳化液进入缸1左半腔体，推动缸1内的活塞向右运动，缸1右半腔体内的乳化液受迫回到乳化液油箱，这时缸2内的活塞也向右运动，使得缸2的右端液压油回到液压油油箱中，而液压缸左端腔内的液压油不断地从伸缩缸回到缸2内，伸缩缸缩回。

2.4配重装置结构设计

履带式全液压吊装车的配重结构不仅关系到抗倾覆稳定性，而且对吊装机的能源消耗、生产成本和性价比等方面均有较大的影响。配重装置连同起重装置安装在转盘上，其设计原则是：无论吊装车在有载或无载时都能保证重心在履带的接地平面内。配重装置由配重箱体、配重块和驱动液压缸等组成。配重箱体与吊装机底盘铰接，液压杆与配重箱体铰接，液压缸体底部与台架车铰接。液压缸推动配重块和配重箱体运动，通过改变力臂来实现增大吊装机的平衡力矩，提高吊装机的稳定性。

2.5操纵系统设计

操纵系统主要包括操作台、操作手柄、指示灯。为使视野最佳，操纵室装在臂脚前方的高处。主操纵台能够开动和停止所有液压马达，控制阀体的换向、闭合。全部操纵系统的空气管路、液压管路和接头都便于装配和分解。煤矿井下液压吊装车操作简便，通过操纵手柄手动调节液压系统中的阀体等元素及变速箱中的齿轮控制液从而控制车辆的速度大小、前进、停车、后退，车辆的高、低档位，车辆的左、右转向及制动。操作台共有两组，每组四个操纵手柄，每个操纵手柄分为三个档位，中间档位为复位。

3、井下履带式全液压吊装车性能特点及应用

3.1性能特点

井下履带式全液压吊装车性能有如下特点：①动力源使用回采工作面的乳化液，去掉了笨重的防爆电器箱和电机，使设备体积减小，灵活性增加，更方便在巷道和工作面使用。②它是一种吊、运结合的新型设备，运程虽然不及单轨吊，但吊装地点更广泛，运输距离和机动性远远大于单梁电动防爆起重机。③它是一种地面行走车，不会给井下巷道顶板增加负荷，保证了顶板的稳定。采用履带行走，对地比压也小，不会损坏巷道底板。④由于采用液压吊装，重物移位准确，非常适用于井下设备的拆卸和安装，以及拆卸安装时的短途搬运。⑤转弯半径小，在井下部分地段，可以就地于巷道中调头。⑥由于没有电机、油泵等高速转动部件，设备噪声低，改善了工作环境。

3.2经济效益

井下履带式全液压吊装车的应用，大大提高了工作效率，从而增加了经济效益。主要体现在以下几个方面：①在以前，吊装是分离的。先将重物吊起，落在运输工具上，然后运输，当运到目的地点后，再次起吊，卸下重物。井下履带式全液压吊装车吊运重物时，由于兼具有吊、运两项功能，完成上述步骤更省时省力。②缩短了作业前的准备时间。传统的吊装、运输操作，在吊装前要选择吊装器具，到吊装现场要安装吊具，吊装完毕，改换作业地点，还要重复上述步骤。运输也是如此，先准备运具，运到目的地后，若更换地点，再次重复上述步骤。而使用井下履带式全液压吊装车，只需接通动力源，就可以立即开展工作。③节约起吊时间。井下履带式全液压吊装车起吊速度4m/min，远高于手拉葫芦。④车上设计有转盘，可用于重物的转位，也大大提高了工作效率。

4、结论

井下履带式全液压吊装车可广泛用于井下采煤工作面和工作面布置时的设备安装、维修和拆卸等工作中，由于其适用于井下狭小恶劣的作业环境，在使用过程中安全可靠，效率高，有较好的性能特点和经济效益，将此种新型吊装设备作为大型吊装设备的重要补充，相信对降低工人劳动强度，提高生产效率、安全水平，对促进我国煤炭工业的现代化发展都可以做出一定贡献。

（作者单位：山西潞安环保能源开发股份有限公司）

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