专利名称：一种悬臂式煤巷钻掘机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种煤矿用机械，特别是涉及一种悬臂式煤巷钻掘机。
背景技术：
随着国际形势的变化，特别是美、伊之间无休止的战争纷乱，石油需求缺口逐步加大，石油价格居高不下，各国对能源安全问题更加关注，纷纷调整能源战略，增加对本国煤炭资源的开发，加强煤炭对能源供应的保障。据国际能源署预测，未来30年，世界各国对煤炭的需求总量将增加50％，其中中国将增加90％。据《全国煤炭消费状况调查与预测研究》预测，2005年全国煤炭消费需求约18～20亿吨，2010年约30～35亿吨。我国现有煤炭经济可采储量为1145亿t，推动煤炭工业的生产发展和技术进步，保证足量、洁净和安全的能源供应对保证国民经济的发展乃至国际能源市场的稳定具有十分重要意义。
经过多年的技术引进、消化吸收和自主创新，我国已研制开发了多种综采、综掘成套技术设备，部分产品(技术)已达到国际领先水平或先进水平。根据2004年我国煤矿机械化生产情况年度报告，该年度重点煤矿的综采机械化程度已达68.65％，国有重点煤矿掘进总进尺627.38万米，其中综掘总进尺134.37万米，综掘程度仅占21.42％。
随着近年来煤炭产业的复苏、快速发展，煤炭产量节节攀高，供不应求，悬臂式掘进机朝着大功率、大吨位、大体积的方向发展。据不完全统计，2004年煤炭产量近20亿吨，其中地方小型煤矿的产量约占30％，对我国的经济发展起着举足轻重的作用，但是小型煤矿的安全生产弊端严重，90％以上的小型煤矿仍然采用原始、落后的炮采、炮掘工艺生产，年死亡人数高达3000多人，其根本原因是技术落后，管理混乱、人员的整体素质比较低下。尽管我国的掘进设备已发展到一定水平，但是体积庞大、结构复杂，不适应于小型煤矿的实际井下生产条件和作业环境。面对全国一万多家的小型煤矿的巨大市场需求，研究开发一种小型、结构简单、性能可靠、易于操作的多功能悬臂式巷道掘进机必将对我国的煤炭行业机械化水平产生巨大的影响，也必将大大减轻工人的劳动强度，改善井下的工作条件，为煤矿安全生产提供强有力的保障。
掘进机械主要用于矿山及地下工程中的巷道掘进。同传统的爆破法相比，具有掘进速度快，巷道成型和稳定性好，超挖量小，利于支护，工程量小，劳动强度低，生产安全等优点。
1、国内外技术现状自从1870年，世界上第一次实际使用带截齿旋转式执行机构(马克基里结构)的掘进机，在英吉利海峡掘进白恶土石灰岩平峒1600米以来，掘进机作业法(即机械作业法)成为巷道掘进工艺一次巨大的技术进步，受到人们的高度重视。然而，各种型式的掘进机的大规模研制工作，直到二十世纪50年代末、60年代初，才在全国迅猛展开，悬臂式掘进机的技术发展，迄今已成为开拓煤及半煤岩巷道的主要机具。
第一台典型的悬臂式巷道掘进机，始于1949年匈牙利制造的F2型，1956年前苏联在匈牙利F4、F5的基础上创制Пk-3型，对掘进机技术的发展起了深刻的推动作用，从此以后，世界各主要采煤国家如俄罗斯、英国、德国、奥地利、中国、日本，不断研制出各种机型和规格的机器，持续五十多年而不衰。
目前国内煤巷及半煤岩(f≤8)巷掘进机技术比较成熟，完全可以替代国外的同类型产品，但将目前国内、外主要使用的掘进机技术参数统计分析，机器重量均在20吨以上，最大机重已达到100吨，截割功率达到300kW，机组整体尺寸比较庞大，根本不适应我国一万多家小型煤矿的实际生产条件。
经调研和网上查询，机重控制在6吨以下，整体尺寸(长×宽×高)控制在6米×1米×1.4米以内，具有钻探水和瓦斯功能的悬臂式巷道掘进机，在国内外还处于空白，在国内也是2004年该项研发工作刚刚起步，是基于国内小型煤矿广阔的市场需求。
2、现有技术的缺陷从目前国家对煤矿安全生产及矿产资源的政策来看，煤矿安全生产及矿产资源的合理、充分的开发利用是国内一项长期的战略性任务。据最新统计资料，全国具有开采资质的小型煤矿有一万多家，仅山西省现有小型煤矿就有4500多家，矿井的生产仍然大部分采用炮采，机械化作业水平十分低下，劳动强度大，不安全因素颇多。
对于地质构造比较复杂的国有大型煤矿，井下都存在大量的边角煤，如按常规的开采工艺，成本十分高，生产效率低，往往成片丢弃，降低了开采率，造成矿产资源的浪费。
以上不合理情况的存在，是由于国内外研发的掘进机组全部是大功率、大吨位，仅仅适应于大型煤矿的生产。而中小型煤矿占全国煤矿的70％以上，井口小、巷道低矮狭窄、吊装设备吨位小，大的掘进机组根本无法送到工作面。另外，井下使用的钻机也是十分笨重，移动很不方便。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适合小型煤矿的、切割面广的、掘钻一体的悬臂式煤巷钻掘机。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种悬臂式煤巷钻掘机，其特征在于，包括切割机构、钻进机构、行走机构、装载机构、液压控制及电气控制系统、机身、连接机构，所述钻掘机通过各机构的协调和配合，由液压控制系统、电气控制系统的执行元件和机械传动机构实现所规定的动作，完成整个作业过程。
所述的切割机构包括切割头、切割动力装置、伸缩臂、升降油缸、回转油缸、伸缩油缸、外喷雾装置，该切割机构在升降油缸的作用下能完成上、下运动，在回转油缸的作用下能完成左、右运动，在伸缩油缸的作用下能完成切割头的钻进，所述的切割动力装置包括液压马达和减速器，将动力传递给切割头，完成切割头的旋转工作，所述的切割头为螺旋式掘进头，其上装有多把硬质合金截齿，从而可以切割出任意形状的断面，在切割的同时，外喷雾压力水通过水管输送至外喷雾架的喷嘴喷射出来。
所述的切割机构的切割头换成钻头即形成钻进机构。
所述的切割机构的切割头、钻进机构的钻头均通过连接机构分别与伸缩臂连接。
所述的行走机构包括左行走机构和右行走机构，所述的左行走机构和右行走机构分别包括黄油缸张紧装置、支重轮、履带、履带架、拖链轮、引导轮、驱动链轮和动力驱动装置，并分别通过高强度螺栓和泵站连接成一体；所述的行走机构通过行走液压马达所提供的动力传输给行走减速器，直接带动驱动链轮，再经履带和驱动链轮的啮合而实现钻掘机的行走运动，履带的张紧由黄油缸张紧装置来实现。
所述的液压控制及电气控制系统包括液压控制系统、电气控制系统，该液压控制系统是开放式回路系统，包括液压缸控制回路、行走机构控制回路、切割机构控制回路，该液压控制系统包括二个电机组件、换向阀组组件、操纵台、油箱、水冷却装置、吸油滤油器、回油滤油器、马达和油缸、液压管路，所述的油箱是整个机组的中枢，既是液压油的容器，同时也是机组的主机架，通过螺栓、销轴、油缸分别与左右行走机构、切割机构、装载机构、运输机构等各大部件相连接，所述的水冷却装置布置在油箱内部，从结构上保证对液压油循环冷却，流出的冷却水从切割和钻进机构的外喷雾装置喷出，形成外喷雾；该液压控制系统的工作介质为N68号抗磨液压油，系统由两台双联齿轮泵供油，双联齿轮泵型号分别为CBJ25-F12/F12、CBJ25-F10/F10，两台双联齿轮泵分别由30kW和15kW的风冷电机单独驱动，输出的四路压力油额定压力调定到21MPa，提供给左右行走机构、切割机构和液压缸系统；该液压控制系统的控制方式为手动控制，操纵台放置在机组的左后部，两台多路换向阀布置在泵站的前部，操作手柄与换向阀组之间通过软轴控制装置连接，实现远程控制。
所述的液压缸控制回路的动力源为左电机组件中的双联齿轮泵中的前十泵，该双联齿轮泵通过吸油滤油器从油箱中吸油，前十泵输出的压力油通过硬管进入左侧五联多路换向阀组中，每联三位六路换向阀机能基本相同，当换向阀组在中位时，两个十泵的压力油合流回油箱，五联多路换向阀组中的下部四联分别控制切割机构的升降油缸、切割机构的伸缩油缸、切割机构的摆动油缸和装载机构的提升油缸的动作。
所述的行走机构控制回路的动力源为右电机组件中的CBJ25-F12/F12双联齿轮泵，前十二泵输出的压力油通过硬管进入右侧五联多路换向阀组中，上部第一联换向阀控制左行走机构回路中的大排量油马达的正、反转，后十二泵输出的压力油通过硬管进入右侧五联多路换向阀组中，下部第一联换向阀控制右行走机构回路中的大排量油马达的正、反转，从而实现机组的前、后、左、右的调动，所述的切割机构控制回路的动力源为右电机组件中的CBJ25-F12/F12双联齿轮泵，前、后两个十二泵输出的压力油通过硬管进入右侧五联多路换向阀组内合流，通过五联多路换向阀组的中间换向阀控制切割油马达的动作，该换向阀为二位阀，仅控制切割油马达的一个方向。
所述的电气控制系统包括矿用隔爆兼本安型控制箱、泵站电机、照明灯、急停按扭，其主回路采用380V或660V供电，照明回路36V供电。
采用以上技术方案制造出来的一种悬臂式煤巷钻掘机，结构简单、性能可靠、体积小、重量轻、运输方便，适用于全煤巷、低瓦斯、低煤尘、巷道低矮、狭窄的小型矿井的巷道掘进机械化作业，特别是适用于全煤准备巷道的快速掘进和“三角煤”、“鸡窝煤”等地质条件的开采，使生产效率提高100％以上，可全面提高煤矿的综合效益和改善安全生产条件，本发明的实施将会带来十分可观的经济效益和社会效益。
图1为本发明一种悬臂式煤巷钻掘机的结构示意图；其中1-切割机构，2-钻进机构，3-行走机构，4-装载机构，5-液压控制及电气控制系统，6-机身，7-连接机构，8-操纵机构。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本实施例集破煤掘进、钻孔探水两大功能于一体。当需要钻孔探水时，把切割头拆卸下，换上能与钻杆机具相连接的一套钻孔装置，即可钻孔探水，大大简化工艺流程，提高工作效率，减轻工人的劳动强度。
如图1所示，本实施例钻掘机主要由切割1或钻进2、行走3、装载4三大机构和液压电气5、机身6、连接机构7和操纵机构8等系统组成，通过各部分的协调和配合，最终由液压、电气执行元件和机械传动机构实现所规定的动作，完成整个作业过程。下面就各主要部分作简单地概述。
1、切割、钻进机构切割机构主要由切割头、切割动力装置、内伸缩臂、外伸缩臂、伸缩油缸、外喷雾装置等部分组成。切割结构在升降油缸的作用下能完成上、下运动，在回转油缸的作用下能完成左、右运动，在伸缩油缸的作用下能完成截割头的钻进，切割动力装置由液压马达和减速器组成，将动力传递给切割头，完成切割头的旋转工作，切割头为螺旋式掘进头，其上装有多把硬质合金截齿，从而可以截割出任意形状的断面。在切割的同时，外喷雾压力水通过水管输送至外喷雾架的喷嘴喷射出来，达到降尘和防止产生火花的目的。
当需要钻水探瓦斯时，可以切割头换下，换上能与钻杆机具相连接的一套钻孔装置，即可当一个移动式钻机使用。
2、行走机构行走机构有左行走机构和右行走机构之分，分别通过高强度螺栓和泵站连接成一体。左右行走机构分别由黄油缸张紧装置、支重轮、履带、履带架、拖链轮、引导轮、驱动链轮和动力驱动装置等多部分组成。
其工作原理通过行走液压马达所提供的动力传输给行走减速器，直接带动驱动链轮，再经履带和驱动链轮的啮合而实现钻掘机的行走运动。履带的张紧由黄油缸张紧装置来实现。根据工作需要，操作控制系统可轻松实现钻掘机的前进、后退及左右转弯等动作。
3、液压系统(1)液压系统原理本机的液压系统是开式回路系统，系统工作介质为N68号抗磨液压油。
液压系统由两台双联齿轮泵供油，双联齿轮泵型号分别为CBJ25-F12/F12、CBJ25-F10/F10，两台双联齿轮泵分别由30kW和15kW的风冷电机单独驱动。输出的四路压力油额定压力调定到21MPa，提供给左右行走机构、切割机构和液压缸系统。
(2)控制方式控制方式为手动控制，液压操纵台放置在机组的左后部，两台多路换向阀布置在泵站的前部，操作手柄与换向阀组之间通过软轴控制装置连接，实现远程控制。既布置简单、可靠，又十分便于维修和拆装。
(3)液压系统的组成液压系统由电机组件、换向阀组组件、操纵台、油箱、水冷却装置、吸油滤油器、回油滤油器、各执行元件(马达和油缸)和液压管路等组成。
油箱是整个机组的中枢，既是液压油的容器，同时也是机组的主机架，通过螺栓、销轴、油缸分别与左右行走机构、切割机构、装载机构、运输机构等各大部件相连接，结构紧凑，布局合理。
水冷却装置布置在油箱内部，从结构上保证对液压油循环冷却，冷却接触面积大，冷却效果好，流出的冷却水从外喷雾装置喷出，形成外喷雾。
两个电机组件放置在油箱的上部左、右两侧，每个电机组件由防爆电机、联轴器、双联齿轮泵组成，是整个机组液压系统动力之源。
(4)液压回路1)液压缸回路动力为左电机组件中的双联齿轮泵中的前十泵，该双联齿轮泵通过吸油滤油器从油箱中吸油，前十泵输出的压力油通过硬管进入左侧五联多路换向阀组中，每联三位六路换向阀机能基本相同。当换向阀组在中位时，两个十泵的压力油合流回油箱。五联多路换向阀组中的下部四联分别控制切割机构的升降油缸、切割机构的伸缩油缸、切割机构的摆动油缸和装载机构的提升油缸的动作。
2)左、右行走机构回路动力源为右电机组件中的CBJ25-F12/F12双联齿轮泵，前十二泵输出的压力油通过硬管进入右侧五联多路换向阀组中，上部第一联换向阀控制左行走机构回路中的大排量油马达的正、反转，后十二泵输出的压力油通过硬管进入右侧五联多路换向阀组中，下部第一联换向阀控制右行走机构回路中的大排量油马达的正、反转，从而实现机组的前、后、左、右的调动。
3)切割机构回路动力源为右电机组件中的CBJ25-F12/F12双联齿轮泵，前、后两个十二泵输出的压力油通过硬管进入右侧五联多路换向阀组内合流，通过五联多路换向阀组的中间换向阀控制切割油马达的动作，该换向阀为二位阀，仅控制切割油马达的一个方向。
4、电气系统本机的电气系统设备主要由矿用隔爆兼本安型控制箱、泵站电机、照明灯、急停按扭等组成，主回路采用380V或660V供电，照明回路36V。电控设备可用于有甲烷、爆炸性煤尘的矿井中，对钻掘机起到控制、保护、显示、照明等作用。
悬臂式煤巷钻掘机结构上力求简单可靠，在简单使用便于维修的设计指导原则上，屏弃了目前中、重型掘进机上一些可有可无的结构和功能。比如各个机构动力传递上，能直接用大油马达直接驱动的就省略复杂的减速机构，必须使用减速机构装置的地方，在性能参数选择上放大富裕度，尽可能选用成熟的减速装置，性能可靠放在首要位置考虑。
煤巷钻掘进机是根据中、小型矿井实际采掘生产条件研发、推广并且使用成功的设备。该机性能可靠、结构简单、体积小、重量轻、运输方便，适用于全煤准备巷道的快速掘进和“三角煤”、“鸡窝煤”等地质条件的开采。
本产品用于煤矿巷道的掘进及采煤，适用于全煤巷、低瓦斯、低煤尘、巷道低矮、狭窄的小型矿井的巷道掘进机械化作业，填补国内外空白。
选用煤巷钻掘机生产效率提高100％以上，全面提高煤矿的综合效益和改善安全生产条件，一定能带来十分可观的经济效益和社会效益。
权利要求
1.一种悬臂式煤巷钻掘机，其特征在于，包括切割机构、钻进机构、行走机构、装载机构、液压控制及电气控制系统、机身、连接机构，所述钻掘机通过各机构的协调和配合，由液压控制系统、电气控制系统的执行元件和机械传动机构实现所规定的动作，完成整个作业过程。
2.根据权利要求1所述的一种悬臂式煤巷钻掘机，其特征在于，所述的切割机构包括切割头、切割动力装置、伸缩臂、升降油缸、回转油缸、伸缩油缸、外喷雾装置，该切割机构在升降油缸的作用下能完成上、下运动，在回转油缸的作用下能完成左、右运动，在伸缩油缸的作用下能完成切割头的钻进，所述的切割动力装置包括液压马达和减速器，将动力传递给切割头，完成切割头的旋转工作，所述的切割头为螺旋式掘进头，其上装有多把硬质合金截齿，从而可以切割出任意形状的断面，在切割的同时，外喷雾压力水通过水管输送至外喷雾架的喷嘴喷射出来。
3.根据权利要求2所述的一种悬臂式煤巷钻掘机，其特征在于，所述的切割机构的切割头换成钻头即形成钻进机构。
4.根据权利要求2或3所述的一种悬臂式煤巷钻掘机，其特征在于，所述的切割机构的切割头、钻进机构的钻头均通过连接机构分别与伸缩臂连接。
5.根据权利要求1所述的一种悬臂式煤巷钻掘机，其特征在于，所述的行走机构包括左行走机构和右行走机构，所述的左行走机构和右行走机构分别包括黄油缸张紧装置、支重轮、履带、履带架、拖链轮、引导轮、驱动链轮和动力驱动装置，并分别通过高强度螺栓和泵站连接成一体；所述的行走机构通过行走液压马达所提供的动力传输给行走减速器，直接带动驱动链轮，再经履带和驱动链轮的啮合而实现钻掘机的行走运动，履带的张紧由黄油缸张紧装置来实现。
6.根据权利要求1或2所述的一种悬臂式煤巷钻掘机，其特征在于，所述的液压控制及电气控制系统包括液压控制系统、电气控制系统，该液压控制系统是开放式回路系统，包括液压缸控制回路、行走机构控制回路、切割机构控制回路，该液压控制系统包括二个电机组件、换向阀组组件、操纵台、油箱、水冷却装置、吸油滤油器、回油滤油器、马达和油缸、液压管路，所述的油箱是整个机组的中枢，既是液压油的容器，同时也是机组的主机架，通过螺栓、销轴、油缸分别与左右行走机构、切割机构、装载机构、运输机构等各大部件相连接，所述的水冷却装置布置在油箱内部，从结构上保证对液压油循环冷却，流出的冷却水从切割和钻进机构的外喷雾装置喷出，形成外喷雾；该液压控制系统的工作介质为N68号抗磨液压油，系统由两台双联齿轮泵供油，双联齿轮泵型号分别为CBJ25-F12/F12、CBJ25-F10/F10，两台双联齿轮泵分别由30kW和15kW的风冷电机单独驱动，输出的四路压力油额定压力调定到21MPa，提供给左右行走机构、切割机构和液压缸系统；该液压控制系统的控制方式为手动控制，操纵台放置在机组的左后部，两台多路换向阀布置在泵站的前部，操作手柄与换向阀组之间通过软轴控制装置连接，实现远程控制。
7.根据权利要求6所述的一种悬臂式煤巷钻掘机，其特征在于，所述的液压缸控制回路的动力源为左电机组件中的双联齿轮泵中的前十泵，该双联齿轮泵通过吸油滤油器从油箱中吸油，前十泵输出的压力油通过硬管进入左侧五联多路换向阀组中，每联三位六路换向阀机能基本相同，当换向阀组在中位时，两个十泵的压力油合流回油箱，五联多路换向阀组中的下部四联分别控制切割机构的升降油缸、切割机构的伸缩油缸、切割机构的摆动油缸和装载机构的提升油缸的动作。
8.根据权利要求6所述的一种悬臂式煤巷钻掘机，其特征在于，所述的行走机构控制回路的动力源为右电机组件中的CBJ25-F12/F12双联齿轮泵，前十二泵输出的压力油通过硬管进入右侧五联多路换向阀组中，上部第一联换向阀控制左行走机构回路中的大排量油马达的正、反转，后十二泵输出的压力油通过硬管进入右侧五联多路换向阀组中，下部第一联换向阀控制右行走机构回路中的大排量油马达的正、反转，从而实现机组的前、后、左、右的调动，
9.根据权利要求6所述的一种悬臂式煤巷钻掘机，其特征在于，所述的切割机构控制回路的动力源为右电机组件中的CBJ25-F12/F12双联齿轮泵，前、后两个十二泵输出的压力油通过硬管进入右侧五联多路换向阀组内合流，通过五联多路换向阀组的中间换向阀控制切割油马达的动作，该换向阀为二位阀，仅控制切割油马达的一个方向。
10.根据权利要求6所述的一种悬臂式煤巷钻掘机，其特征在于，所述的电气控制系统包括矿用隔爆兼本安型控制箱、泵站电机、照明灯、急停按扭，其主回路采用380V或660V供电，照明回路36V供电。
全文摘要
本发明涉及一种悬臂式煤巷钻掘机，包括切割机构、钻进机构、行走机构、装载机构、液压控制及电气控制系统、机身、连接机构，所述钻掘机通过各机构的协调和配合，由液压控制系统、电气控制系统的执行元件和机械传动机构实现所规定的动作，完成整个作业过程。本发明结构简单、性能可靠、体积小、重量轻、运输方便，适用于全煤巷、低瓦斯、低煤尘、巷道低矮、狭窄的小型矿井的巷道掘进机械化作业，特别是适用于全煤准备巷道的快速掘进和“三角煤”、“鸡窝煤”等地质条件的开采，使生产效率提高100％以上，可全面提高煤矿的综合效益和改善安全生产条件，本发明的实施将会带来十分可观的经济效益和社会效益。
文档编号E21C25/04GK101033688SQ20061002460
公开日2007年9月12日 申请日期2006年3月10日 优先权日2006年3月10日
发明者翟军 申请人:翟军