一种煤岩预裂卸荷装置及其控制方法与流程

本发明涉及煤矿开采技术领域，特别是涉及一种煤岩预裂卸荷装置及其控制方法。

背景技术：

目前，井下煤矿开采时，由于部分煤层中存在硬度较高的煤质或岩层，采煤机的截齿在高速旋转时与硬质煤层直接碰撞，导致截齿磨损严重甚至于断裂、脱落等。在连续工作过程中，工作人员常常需要停机检查并替换坏损的截齿，这对工程进度有很大的阻碍，严重影响施工效率，并且增大了采煤过程中的施工成本。因此，有必要设计一种更好的采煤装置，以解决上述问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可以有效降低截齿磨损、高效截割煤岩的煤岩预裂卸荷装置及其控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种煤岩预裂卸荷装置，包括设置于采煤机滚筒内部的液压控制系统及设置于所述滚筒圆周上的多个液压冲击截齿；

所述液压控制系统包括液压泵，所述液压泵的一端连接于油箱，另一端连接于三位四通电磁换向阀，所述三位四通电磁换向阀与所述液压泵之间的油路上设有溢流阀，所述溢流阀连接于所述油箱，所述三位四通电磁换向阀第一位的出油口与第二位的进油口之间通过油管连通，其中第一位的进油口连接于所述液压泵，第二位的出油口连接于所述油箱，所述三位四通电磁换向阀第一位连接于第一液压冲击油缸和第二液压冲击油缸，第二位连接于第三液压冲击油缸和第四液压冲击油缸，所述第一液压冲击油缸和所述第三液压冲击油缸位于所述滚筒直径两端的两个液压冲击截齿内，所述第二液压冲击油缸和所述第四液压冲击油缸位于所述滚筒另一直径两端的两个液压冲击截齿内；

所述三位四通电磁换向阀第一位的出/进油口分别连接于所述第一液压冲击油缸的后腔以及所述第二液压冲击油缸的后腔，所述第二液压冲击油缸与所述三位四通电磁换向阀的出/进油口之间并联的设有第一二位二通换向阀和第二二位二通换向阀，所述第一二位二通换向阀通过第一节流阀控制，所述第二二位二通换向阀通过第二节流阀控制，所述第一液压冲击油缸和所述第二液压冲击油缸的前腔连接于所述三位四通电磁换向阀的进/出油口；

所述三位四通电磁换向阀第二位进/出油口分别连接于所述第三液压冲击油缸的后腔以及所述第四液压冲击油缸的后腔，所述第四液压冲击油缸与所述三位四通电磁换向阀的进/出油口之间并联的设有第三二位二通换向阀和第四二位二通换向阀，所述第三二位二通换向阀通过第三节流阀控制，所述第四二位二通换向阀通过第四节流阀控制，所述第三液压冲击油缸的前腔和所述第四液压冲击油缸的前腔连接于所述三位四通电磁换向阀的出/进油口；

所述液压冲击截齿包括缸体，所述缸体内设有活塞，所述活塞的前端一体的设有冲击截齿伸出所述缸体，所述缸体的后端设有后堵，所述后堵和所述缸体上设有进出油口，所述进出油口通过油路连接于所述液压控制系统。

进一步，所述滚筒圆周上均匀分布有多个所述液压冲击截齿，被所述第一液压冲击油缸和所述第二液压冲击油缸控制的所述液压冲击截齿位于其中直径的一侧，被所述第三液压冲击油缸和所述第四液压冲击油缸控制的所述液压冲击截齿位于该直径的另一侧。

进一步，所述后堵通过螺栓固定于所述缸体的后端。

进一步，所述三位四通电磁换向阀可选择的左位和中位接通或中位和右位接通，当所述三位四通电磁换向阀的左位和中位接通时，所述第一液压冲击油缸和所述第二液压冲击油缸控制的所述液压冲击截齿冲出，所述第三液压冲击油缸和所述第四液压冲击油缸所控制的所述液压冲击截齿收回，当所述三位四通电磁换向阀的中位和右位接通时，所述第一液压冲击油缸和所述第二液压冲击油缸控制的所述液压冲击截齿收回，所述第三液压冲击油缸和所述第四液压冲击油缸控制的所述液压冲击截齿冲出。

一种基于上述煤岩预裂卸荷装置的控制方法，包括：

施工开始时，所述滚筒转动，当所述第一液压冲击油缸控制的液压冲击截齿到达伸出的位置时，液压泵启动，压力油进入所述三位四通电磁换向阀后分为两路，一路通过所述三位四通电磁换向阀的出油口进入所述第一液压冲击油缸的后腔，控制所述第一液压冲击油缸冲出，以带动其控制的所述液压冲击截齿冲击煤岩，同时所述第一液压冲击油缸前腔的液压油回流到所述三位四通电磁换向阀的进油口，再通过所述油管供给所述第三液压充液油缸的前腔，控制所述第三液压冲击油缸收回，以带动其控制的所述液压冲击截齿收回到所述缸体内，同时所述第三液压冲击油缸后腔的液压油流回到所述油箱内，压力油经过所述三位四通电磁换向阀的另一路通过所述第一节流阀推动所述第一二位二通换向阀移动，通过调节所述第一节流阀的开口大小，控制所述第一二位二通换向阀移动到接通的时间与所述滚筒转动相邻液压冲击截齿之间夹角α的时间相同，经过该时间后，所述第一二位二通换向阀的上下两端接通，液压油进入所述第二液压冲击油缸的后腔，控制所述第二液压冲击油缸冲出，以带动其控制的所述液压冲击截齿冲击煤岩，同时，所述第二液压冲击油缸前腔的液压油经过所述三位四通电磁换向阀进入所述第四液压冲击油缸的前腔，所述第四液压冲击油缸后腔内的高压油通过所述第三节流阀推动所述第三二位二通换向阀移动，同样的，所述第三二位二通换向阀移动到接通的时间与所述滚筒转动α角度的时间相同，经过该时间后，所述第三二位二通换向阀的上下两端接通，液压油由所述第四液压冲击油缸的后腔流出，控制所述第四液压冲击油缸收回，以带动其控制的所述液压冲击截齿收回到所述缸体内，然后顺次控制其它所述液压冲击截齿伸出或收回；

当所述滚筒转过半周，直径一侧的所述液压冲击截齿全部伸出，另一侧的所述液压冲击截齿全部收回，然后控制所述三位四通电磁换向阀移位进行换向，换向后的所述三位四通电磁换向阀控制伸出的所述液压冲击截齿顺次收回，同时控制收回的所述液压冲击截齿顺次冲出，与上述过程相反。

进一步，所述三位四通电磁换向阀换向后，压力油经过所述三位四通电磁换向阀的出油口进入所述第一液压冲击油缸的前腔，控制所述第一液压冲击油缸收回，以带动其控制的所述液压冲击截齿收回到所述缸体内，同时，所述第一液压冲击油缸后腔的液压油经过所述三位四通电磁换向阀后流到所述第三液压冲击油缸的后腔，控制所述第三液压冲击油缸冲出，以带动其控制的所述液压冲击截齿冲击煤岩，同时，压力油持续冲击所述第二液压冲击油缸的前腔，所述第二液压冲击油缸后腔的液压油通过所述第二节流阀推动所述第二二位二通换向阀移动，通过调节所述第二节流阀的开口大小，控制所述第二二位二通换向阀移动到接通的时间与所述滚筒转动α角度的时间相同，经过该时间后，所述第二二位二通换向阀的上下两端接通，液压油由所述第二液压冲击油缸的后腔流出，控制所述所述第二液压冲击油缸收回，以带动其控制的所述液压冲击截齿收回到所述缸体内，同时，液压油通过所述第四节流阀推动所述第四二位二通换向阀移动，所述第四二位二通换向阀移动到接通的时间与所述滚筒转动α角度的时间相同，经过该时间后，所述第四二位二通换向阀的上下两端接通，液压油进入所述第四液压冲击油缸的后腔，控制所述第四液压冲击油缸冲出，以带动其控制的所述液压冲击截齿冲击煤岩，然后顺次控制其它所述液压冲击截齿伸出或收回。

进一步，换向前，所述三位四通电磁换向阀的左位和中位接通，换向时，所述三位四通电磁换向阀左移一位，中位和右位接通。

本发明的有益效果：

本发明的煤岩预裂装置适用于破煤岩开采技术，采煤机滚筒上所有的截齿均为液压冲击截齿，通过同一套液压控制系统，控制多个液压冲击截齿实现冲击或收回，使整个滚筒上的液压冲击截齿顺序交替冲击煤岩，这些液压冲击截齿可以在截割煤层表面前迅速在预接触区给予一定深度的冲击孔，从而形成局部卸荷区，达到整体煤岩卸荷的目的。通过多个液压冲击截齿的顺序交替运动破碎岩层，可有效保护截齿并能实现高效率截割煤岩。

附图说明

图1为本发明煤岩预裂卸荷装置中三位四通电磁阀左位和中位接通时的液压控制系统原理图；

图2为本发明煤岩预裂卸荷装置中三位四通电磁阀换向后中位和右位接通时的液压控制系统原理图；

图3为本发明液压冲击截齿在滚筒圆周上的分布示意图；

图4为本发明煤岩预裂卸荷装置中液压冲击油缸的结构示意图；

图5为图4的剖视图；

图中，1—油箱、2—液压泵、3—溢流阀、4—三位四通电磁换向阀、5—第一液压冲击油缸、6—第二液压冲击油缸、7—第三液压冲击油缸、8—第四液压冲击油缸、9—第一二位二通换向阀、10—第一节流阀、11—第二二位二通换向阀、12—第二节流阀、13—第三二位二通换向阀、14—第三节流阀、15—第四二位二通换向阀、16—第四节流阀、17—液压冲击截齿、18—煤层、19—缸体、20—活塞、21—后堵、22—螺栓、23—进出油口、24—冲击截齿。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

如图1，本发明提供一种煤岩预裂卸荷装置，包括设置于采煤机滚筒内部的液压控制系统及设置于滚筒螺旋叶片上的多个液压冲击截齿17，滚筒上所有的截齿均为液压冲击截齿17，通过同一套液压控制系统，控制多个液压冲击截齿17实现冲击或收回，使整个滚筒上的液压冲击截齿17顺序交替冲击煤岩，这些液压冲击截齿17可以在截割煤层表面前迅速在预接触区给予一定深度的冲击孔，从而形成局部卸荷区，达到整体煤岩卸荷的目的。

如图1及图2，液压控制系统包括液压泵2，液压泵2的一端连接于油箱1，另一端连接于三位四通电磁换向阀4，三位四通电磁换向阀4与液压泵2之间的油路上设有溢流阀3，溢流阀3连接于油箱1。三位四通电磁换向阀4第一位(左位或中位)的出油口与第二位(中位或右位)的进油口之间通过油管连通，如图1中三位四通电磁换向阀4的c、d之间接通，图2中三位四通电磁换向阀4的e、f之间接通。其中第一位的进油口连接于液压泵2，第二位的出油口连接于油箱1，如图1中三位四通电磁换向阀4的e口连接于油箱1，图2中g口连接于油箱1。三位四通电磁换向阀4第一位(左位或中位)连接于第一液压冲击油缸5和第二液压冲击油缸6，第二位(中位或右位)连接于第三液压冲击油缸7和第四液压冲击油缸8。

三位四通电磁换向阀4第一位的出/进油口分别连接于第一液压冲击油缸5的后腔以及第二液压冲击油缸6的后腔，第二液压冲击油缸6与三位四通电磁换向阀4的出/进油口之间并联的设有第一二位二通换向阀9和第二二位二通换向阀11，第一二位二通换向阀9通过第一节流阀10控制，第二二位二通换向阀11通过第二节流阀12控制，第一液压冲击油缸5和第二液压冲击油缸6的前腔连接于三位四通电磁换向阀4的进/出油口。

三位四通电磁换向阀4第二位进/出油口分别连接于第三液压冲击油缸7的后腔以及第四液压冲击油缸8的后腔，第四液压冲击油缸8与三位四通电磁换向阀4的进/出油口之间并联的设有第三二位二通换向阀13和第四二位二通换向阀15，第三二位二通换向阀13通过第三节流阀14控制，第四二位二通换向阀15通过第四节流阀16控制，第三液压冲击油缸7的前腔和第四液压冲击油缸8的前腔连接于三位四通电磁换向阀4的出/进油口。

如图3，第一液压冲击油缸5和第三液压冲击油缸7位于滚筒直径两端的两个液压冲击截齿17内，第二液压冲击油缸6和第四液压冲击油缸8位于滚筒另一直径两端的两个液压冲击截齿17内。在本实施例中，以滚筒圆周的竖向中心线为界，圆周顶点和中心线左侧的液压冲击截齿17处于伸出状态，圆周底点和中心线右侧的液压冲击截齿17处于收回状态，相邻两个液压冲击截齿在圆周方向的夹角为α。其中第一液压冲击油缸5控制圆周顶点的液压冲击截齿17，第三液压冲击油缸7控制圆周底点的液压冲击截齿17，第二液压冲击油缸6控制中心线右上第一个液压冲击截齿17，第四液压冲击油缸8控制中心线左下第一个液压冲击截齿17。

三位四通电磁换向阀4可选择的左位和中位接通或中位和右位接通，当三位四通电磁换向阀4的左位和中位接通时，第一液压冲击油缸5和第二液压冲击油缸6控制的液压冲击截齿17冲出，第三液压冲击油缸7和第四液压冲击油缸8所控制的液压冲击截齿17收回，当三位四通电磁换向阀4的中位和右位接通时发生换向，第一液压冲击油缸5和第二液压冲击油缸6控制的液压冲击截齿17收回，第三液压冲击油缸7和第四液压冲击油缸8控制的液压冲击截齿17冲出。在本实施例中，当液压冲击截齿17随着滚筒顺次转动到圆周顶点与中心线相交的位置时迅速冲击煤层且保持伸出状态，即当液压冲击截齿17在中心线的左侧时一直保持伸出状态截割煤层18，同时液压冲击截齿17顺次在滚筒最低点与中心线相交的位置迅速收回缸内，即当液压冲击截齿17在中心线的右侧时，一直保持收回状态蓄能。

如图4及图5，液压冲击截齿17包括缸体19，缸体19内设有活塞20，活塞20可被液压油驱动在缸体19内移动，活塞20的前端一体的设有冲击截24齿伸出缸体19，缸体19的后端设有后堵21，后堵21通过螺栓22固定于缸体19的后端，后堵21和缸体19上设有进出油口23，进出油口23通过滚筒螺旋叶片内部的油路连接于液压控制系统。

本发明还提供一种基于上述煤岩预裂卸荷装置的控制方法，包括：

施工开始时，滚筒以转速n逆时针转动，当第一液压冲击油缸5控制的液压冲击截齿17到达滚筒圆周顶点与中心线相交的位置时，液压泵2启动开始工作，压力油进入三位四通电磁换向阀4后分为两路，一路通过三位四通电磁换向阀4的出油口进入第一液压冲击油缸5的后腔，控制第一液压冲击油缸5冲出，以带动圆周顶点的液压冲击截齿17冲击煤层18，同时第一液压冲击油缸5前腔的液压油回流到三位四通电磁换向阀4的进油口，再通过油管供给第三液压冲击油缸7的前腔，控制第三液压冲击油缸7收回，以带动圆周底点的液压冲击截齿17收回到缸体19内，第三液压冲击油缸7后腔的液压油流回到油箱1内，同时保持伸出的液压冲击截齿17处于伸出状态不动，收回的液压冲击截齿17处于收回状态不动。压力油经过三位四通电磁换向阀4的另一路通过第一节流阀10推动第一二位二通换向阀9慢慢向左移动，通过调节第一节流阀10的开口大小，控制第一二位二通换向阀9向左移动到接通的时间与滚筒转动相邻液压冲击截齿17之间夹角α的时间相同，经过该时间后，第一二位二通换向阀9的上下两端a1、b1接通，液压油进入第二液压冲击油缸6的后腔，控制第二液压冲击油缸6冲出，以带动中心线右上的第一个液压冲击截齿17冲击煤岩，此时该液压冲击截齿17位于圆周顶点与中心线相交的位置处。与此同时，第二液压冲击油缸6前腔的液压油经过三位四通电磁换向阀4后进入第四液压冲击油缸8的前腔，第四液压冲击油缸8后腔内的高压油通过第三节流阀14推动第三二位二通换向阀13向右移动，同样的，第三二位二通换向阀13向右移动到接通的时间与滚筒转动α角度的时间相同，经过该时间后，第三二位二通换向阀13的上下两端a3、b3接通，液压油由第四液压冲击油缸8的后腔流出，控制第四液压冲击油缸8收回，以带动中心线左下的第一个液压冲击截齿17收回到缸体19内，此时该液压冲击截齿17位于圆周底点与中心线相交的位置处。按照这个顺序，中心线右侧的液压冲击截齿17顺次在滚筒圆周最高点与中心线相交的位置处迅速冲击煤层18且保持伸出状态采煤，中心线左侧的液压冲击截齿17顺次在滚筒圆周最低点与中心线相交的位置处迅速收回到缸体19内且保持回收状态蓄能。

当滚筒转过半周，中心线左侧的液压冲击截齿17全部伸出，右侧的液压冲击截齿17全部收回，然后控制三位四通电磁换向阀4移位进行换向，换向后的三位四通电磁换向阀4控制伸出的液压冲击截齿17顺次收回，同时控制收回的液压冲击截齿17顺次冲出，与上述过程相反。

三位四通电磁换向阀4换向前，其左位和中位接通，换向时，三位四通电磁换向阀4左移一位，中位和右位接通。三位四通电磁换向阀4换向后，压力油经过三位四通电磁换向阀4的出油口进入第一液压冲击油缸5的前腔，控制第一液压冲击油缸5收回，以带动其控制的液压冲击截齿17收回到缸体内，同时，第一液压冲击油缸5后腔的液压油经过三位四通电磁换向阀4后流到第三液压冲击油缸7的后腔，控制第三液压冲击油缸7冲出，以带动其控制的液压冲击截齿17冲击煤层18。同时，压力油持续冲击第二液压冲击油缸6的前腔，第二液压冲击油缸6后腔的液压油通过第二节流阀12推动第二二位二通换向阀11慢慢向右移动，通过调节第二节流阀12的开口大小，控制第二二位二通换向阀11向右移动到接通的时间与滚筒转动α角度的时间相同，经过该时间后，第二二位二通换向阀11的上下两端a2、b2接通，液压油由第二液压冲击油缸6的后腔流出，控制第二液压冲击油缸6收回，以带动其控制的液压冲击截齿17收回到缸体19内。与此同时，液压油通过第四节流阀16推动第四二位二通换向阀15慢慢向左移动，第四二位二通换向阀15向左移动到接通的时间与滚筒转动α角度的时间相同，经过该时间后，第四二位二通换向阀15的上下两端a4、b4接通，液压油进入第四液压冲击油缸8的后腔，控制第四液压冲击油缸8冲出，以带动其控制的液压冲击截齿17冲击煤岩18，然后顺次控制其它液压冲击截齿17伸出或收回。

采煤机滚筒按上述顺序周而复始的采煤工作，整个过程中，采煤机一直以速度v按照所示的方向进给，实现多个液压冲击截齿17的顺序交替运动破碎岩层，可有效保护截齿并能实现高效率截割煤岩。本发明的煤岩预裂装置适用于破煤岩开采工艺，通过同一套液压控制系统，控制多个液压冲击截齿17实现冲击或收回，使整个滚筒上的液压冲击截齿17顺序交替冲击煤岩，这些液压冲击截齿17可以在截割煤层18表面前迅速在预接触区给予一定深度的冲击孔，从而形成局部卸荷区，达到整体煤岩卸荷的目的。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。