悬臂式纵轴掘进机及其掘进施工方法与流程

本发明涉及掘进机技术领域，尤其涉及一种悬臂式纵轴掘进机及其掘进施工方法。

背景技术：

煤巷掘进施工是煤矿生产活动的主要内容之一，掘进施工进尺水平的高低直接关系到煤矿的采掘接续关系和经济效益。目前煤巷掘进施工进尺水平总体上还比较低，尤其是在顶板(包括岩石和煤)稳定性一般的情况下，月进尺水平普遍不高，大多在200～300m之间，导致煤矿煤巷掘进施工用人多、施工头面多、安全管理难度大、成本高，这种状况亟待改变。

传统的悬臂式纵轴掘进机面世已有约七十年历史，该机型具有结构简单、可靠，加工制造相对容易，成本低，适应性好，安装和撤出工作量小等一系列优势，但也存在因为结构缺陷导致的切割、装载、转运过程中底盘频繁移动，用时过长、生产效率低，以及难以实现截割过程自动化控制等突出问题。

为了克服上述一系列弊端，在申报双截割部专利的基础上，本申请人又在中国发明专利申请cn107461194a中公布了一种悬臂式纵轴掘进机，其将与回转体铰接的竖向回转铰轴与底盘的连接方式由固定改为横向可滑动的技术，在驱动装置的作用下，其设置有竖向回转铰轴的滑台相对于掘进机底盘沿横向移动，从而通过回转体带动纵轴截割部相对于底盘沿横向移动，不用掘进机底盘横向移动即可增大掘进机截割巷道宽度，实现了掘进机底盘相对于所施工巷道中心线的横向定位切割，从而显著提高掘进施工效率，并为配套顶板临时支护液压支架创造了有利条件。

但是，在物料铲装与转运方面，由于传统悬臂式纵轴掘进机一直采用“铲板+星轮”或者“铲板+耙爪”的装载装置，如图6所示，刮板运输机c的机尾链轮与铲板a搭接，安装于铲板a的星轮或者耙爪b将物料从铲板转运到刮板运输机c。底盘横向定位不动的装载宽度因为受到星轮或者耙爪直径的限制，不能够根据巷道跨度随意加大，在装载过程中需要掘进机的底盘通过在巷道频繁横向和纵向移动才能完成全部物料装载，这样既浪费了时间降低了生产效率，又揉碾坏了巷道底板；星轮或者耙爪直径不能够根据巷道跨度随意加大的原因是，如果为了适应巷道跨度增大而将星轮或耙爪的直径加大，这就同时加大了铲板在前后方向上尺寸，为了避免纵轴截割部与铲板和星轮或者耙爪的干涉，势必就要相应加长纵轴截割部，但是受到多方面原因限制加长纵轴截割部是不可行的。因此，为了配套这种纵轴截割部“横向滑移”技术，有必要对其物料铲装转运装载装置的结构和方法进行改进，同时使纵轴截割部“横向滑移”的优势得到充分发挥。

技术实现要素：

针对现有技术的上述缺陷，本发明一个方面的目的是提供一种悬臂式纵轴掘进机，本发明另一个方面的目的是提供一种上述掘进机的掘进施工方法，以提高掘进机的铲装效率，而且在加大装载宽度时不会导致铲板和星轮或者耙爪与纵轴截割部发生干涉，从而有利于设备的结构优化。

为实现上述第一个目的，本发明所揭示的悬臂式纵轴掘进机，包括：底盘，所述底盘包括机架本体和双履带式行走部，所述机架本体与所述双履带式行走部连接；铲板和刮板运输机，所述铲板设置于所述底盘前部，所述刮板运输机设置于所述双履带式行走部之间并且其机尾链轮与所述铲板搭接；纵轴截割部和回转体，所述纵轴截割部通过横向铰轴与所述回转体铰接，所述纵轴截割部与所述回转体之间设置有升降伸缩液压缸；所述底盘设置有沿横向滑动的滑台，所述滑台与所述底盘之间设置有横向滑动驱动装置，所述回转体通过竖向铰轴铰接于所述滑台；还设置有驱动所述回转体绕所述竖向铰轴的轴线回转的回转驱动装置；所述铲板设置有由动力装置驱动的螺旋输送杆，所述螺旋输送杆用于将物料从所述铲板输送到所述刮板运输机。

优选的，所述螺旋输送杆横向或者斜横向设置于所述铲板。

优选的，所述螺旋输送杆有两个，所述两个螺旋输送杆分别设置于所述刮板运输机的左右两侧；或者所述螺旋输送杆有四个，其中两个所述螺旋输送杆设置于所述刮板运输机的一侧，另外两个所述螺旋输送杆设置于所述刮板运输机的另一侧。

优选的，所述螺旋输送杆为两个时，设置于所述刮板运输机左侧的所述螺旋输送杆螺旋叶片旋向为左螺旋，从所述铲板的左侧看向右侧，所述螺旋输送杆沿顺时针方向转动；设置于所述刮板运输机右侧的所述螺旋输送杆螺旋叶片旋向为右螺旋，从所述铲板的右侧看向左侧，所述螺旋输送杆沿逆时针方向转动。

优选的，所述螺旋输送杆有四个时，设置于所述刮板运输机左侧靠近所述铲板铲尖的所述螺旋输送杆螺旋叶片旋向为左螺旋，且从所述铲板的左侧看向右侧沿顺时针方向转动；设置于所述刮板运输机右侧靠近所述铲板铲尖的所述螺旋输送杆螺旋叶片旋向为右螺旋，且从所述铲板的右侧看向左侧沿逆时针方向转动。

优选的，所述铲板设置有沟槽，所述螺旋输送杆设置于所述沟槽。

为实现上述第二个目的，本发明的悬臂式纵轴掘进机的掘进施工方法，包括如下步骤：

步骤1：做好开始掘进前的相关准备工作；将所述悬臂式纵轴掘进机调整到施工巷道的施工工位，并将所述铲板调整到初始工作位态；

步骤2：启动所述纵轴截割部，操纵所述滑台横向滑动至所述底盘左侧或者右侧，将所述纵轴截割部调整至其轴线与所施工巷道平行，操纵所述悬臂式纵轴掘进机的底盘沿所施工巷道中心线方向前进至预定吃刀深度或者吃满刀停止前进；

步骤3：保持所述底盘相对于所施工巷道不动，如同操纵常规悬臂式纵轴掘进机的纵轴截割部切割物料层和装载物料一样，操纵所述纵轴截割部完成对所施工巷道的左半侧或者右半侧全部物料层切割和物料装载，然后操纵所述滑台向所述底盘的另一侧横向滑动，按照上述纵轴截割部切割物料层和装载物料的操纵方法，完成对所施工巷道另半侧全部物料层的切割和物料装载；

步骤4：在实施步骤2和步骤3的同时，启动所述刮板运输机和所述螺旋输送杆，将被所述纵轴截割部切割下的物料从所述铲板输送到所述刮板运输机，继而由所述刮板运输机将其转运走；

步骤5：停止所述悬臂式纵轴掘进机的所述纵轴截割部运转，并停止所述刮板运输机和所述螺旋输送杆运转，操纵所述悬臂式纵轴掘进机从待实施支护区域沿所施工巷道中心线方向退出，按照施工工艺要求对所施工巷道进行支护；或者重复步骤2～4，持续对所施工巷道物料层的切割与物料装载及转运作业，直至所述悬臂式纵轴掘进机到达施工工艺确定的预定位置，停止所述悬臂式纵轴掘进机的所述纵轴截割部运转，并停止所述刮板运输机和所述螺旋输送杆运转，操纵所述悬臂式纵轴掘进机从待实施支护区域沿所施工巷道中心线方向退出，按照施工工艺要求对所施工巷道进行支护；

步骤6：重复步骤2～5，直至完成对所施工巷道的掘进施工作业。

与现有技术相比，本发明的技术功效是，铲板横向或斜横向设置螺旋输送杆，所述螺旋输送杆可将物料从所述铲板输送至所述刮板运输机，一方面，在装载过程中掘进机的底盘只需纵向前进，而无需在施工巷道中左右横向移动，即可完成全部物料的装载，从而既节省了时间提高了生产效率，又不会揉碾坏巷道底板；另一方面，由于螺旋输送杆是横向或斜横向布置，为了适应巷道跨度增大只需加大铲板的宽度和螺旋输送杆的长度，而无需加大铲板在纵向的尺寸即可，不会使铲板与纵轴截割部发生干涉，从而有利于设备的优化。

同时，由于底盘上设置有沿横向滑动的滑台，在驱动装置的作用下，滑台沿横向移动，从而通过回转体带动纵轴截割部沿横向移动，不仅不用横向移机即可增大截割巷道宽度，显著提高掘进施工效率，并为配套顶板临时支护液压支架创造了有利条件。

上述效果叠加，使纵轴截割部“横向滑移”技术的优势得到了充分发挥。

附图说明

图1是本发明悬臂式纵轴掘进机实施例1的正视图；

图2是图1的俯视图；

图3是本发明悬臂式纵轴掘进机实施例2的俯视图；

图4是图1所示实施例1中的装载机构的侧向示意图；

图5是图3所示实施例2中的装载机构的侧向示意图；

图6是一种公知悬臂式纵轴掘进机的铲装机构的结构示意图；

图中：11-双履带式行走部，12-机架本体，2-铲板，21-沟槽，31-横向导杆，32-滑台，4-回转伸缩液压缸，5-回转体，6-升降伸缩液压缸，7-纵轴截割部，8-螺旋输送杆，9-刮板运输机；a-铲板，b-星轮，c-刮板运输机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。

为了便于理解，本发明做以下约定：纵向，是指掘进机的前后方向；横向，是指掘进机的左右方向，左右方向以掘进机司机在正常操作时所确定方位；竖向，是指掘进机的上下方向。

实施例1

如图1所示，一种悬臂式纵轴掘进机，机架本体12与设置于双履带式行走部11连接组成底盘，底盘的前部设置有装载机构。

纵轴截割部7通过横向铰轴与回转体5铰接，纵轴截割部7与回转体5之间设置有升降伸缩液压缸6。

底盘设置有沿横向滑动的滑台32，“底盘设置有”的含义是指，机架本体12设置有、或者是指双履带式行走部11设置有、或者是指机架本体12和双履带式行走部11两者同时设置有。

滑台32与底盘之间设置有横向滑动驱动装置，“与底盘之间”的含义是指与机架本体12之间、或者是指与双履带式行走部11之间、或者是指同时与机架本体12和双履带式行走部11之间。其具体结构在中国发明专利申请cn107461194a，已有详细描述，在此不做赘述。

回转体5通过竖向铰轴铰接于滑台32，回转体5与滑台32之间铰接有回转伸缩液压缸4，回转伸缩液压缸4是驱动装置，它可以驱动回转体5绕所述竖向铰轴的轴线回转。为了驱动回转体5绕所述竖向铰轴的轴线回转，也可以将回转伸缩液压缸4铰接于回转体5与所述竖向铰轴之间。

滑台32设置有管状导轨，底盘设置有横向导杆31，横向导杆31的两端分别与底盘固定连接，横向导杆31与管状导轨滑动连接，管状导轨与竖向铰接轴连接。“底盘设置有”的含义与前述相同，是指机架本体12设置有、或者是指双履带式行走部11设置有、或者是指机架本体12和双履带式行走部11两者同时设置有。为了提高支撑强度，管状导轨和横向导杆31分别是两个，并平行设置。

在驱动装置的作用下，滑台沿横向移动，从而通过回转体带动纵轴截割部沿横向移动，不仅不用移机即可增大截割巷道宽度，显著提高掘进效率，并为配套顶板临时支护液压支架创造了有利条件，而且，横向导杆被管状导轨包围，防尘密封效果更佳，从而显著提高滑动副的使用寿命。

本发明的重点体现在装载机构上。如图2和图4所示，刮板运输机9设置于双履带式行走部11之间并且其机尾链轮与铲板2搭接；铲板2横向设置有由动力装置驱动的螺旋输送杆8，螺旋输送杆8用于将物料输送至所述刮板运输机9。

图2和图4中示出的螺旋输送杆8有四个，其中两个螺旋输送杆8设置于刮板运输机9的一侧，另外两个螺旋输送杆8设置于刮板运输机9的另一侧；从铲板2的左侧看向右侧、靠近铲板铲尖的螺旋输送杆8沿顺时针方向转动，且螺旋叶片是左螺旋，从铲板2的右侧看向左侧、靠近铲板铲尖的螺旋输送杆8沿逆时针方向转动，且螺旋叶片是右螺旋。

本实施例中，在刮板运输机9同侧的两个螺旋输送杆8的叶片旋向相反且转向相反，但是，考虑到铲板2在使用时是倾斜的，因而也可以将位于刮板运输机9同侧的两个螺旋输送杆8同转向布置，螺旋叶片同旋向布置。

本实施例中，螺旋输送杆8是横向布置的，当然，螺旋输送杆8也可以斜横向布置，“斜横向”的含义是指，与掘进机纵向中心线的夹角介于0°～90°之间的任意一个夹角确定的方向。

本实施例中，螺旋输送杆8的动力装置可以用一个液压马达，并在两个螺旋输送杆8之间设置齿轮传动装置，如果为了简化结构，也可以给两个螺旋输送杆8分别配置液压马达，如此，制造成本会上升。

本实施例中，铲板2设置有沟槽21，螺旋输送杆8设置于沟槽21中，其目的是为了保证螺旋叶片输送物料过程中，减少物料的卡滞，提高物料输送效率。

实施例2

如图3和图5所示，实施例2的结构与实施例1基本一致，其不同之处在于，螺旋输送杆8的数量只有两个，分置于刮板运输机9的左右两侧。从该实施例中可以得到启发，螺旋输送杆8的数量应当根据实际需要来确定，只要能将物料输从铲板输送送至刮板运输机9即可。

上述悬臂式纵轴掘进机的掘进施工方法，包括如下步骤：

步骤1：做好开始掘进前的相关准备工作；将所述悬臂式纵轴掘进机调整到施工巷道的施工工位，并将所述铲板调整到初始工作位态；

步骤2：启动所述纵轴截割部，操纵所述滑台横向滑动至所述底盘左侧或者右侧，将所述纵轴截割部调整至其轴线与所施工巷道平行，操纵所述悬臂式纵轴掘进机的底盘沿所施工巷道中心线方向前进至预定吃刀深度或者吃满刀停止前进；

步骤3：保持所述底盘相对于所施工巷道不动，如同操纵常规悬臂式纵轴掘进机的纵轴截割部切割物料层和装载物料一样，操纵所述纵轴截割部完成对所施工巷道的左半侧或者右半侧全部物料层切割和物料装载，然后操纵所述滑台向所述底盘的另一侧横向滑动，按照上述纵轴截割部切割物料层和装载物料的操纵方法，完成对所施工巷道另半侧全部物料层的切割和物料装载；

步骤4：在实施步骤2和步骤3的同时，启动所述刮板运输机和所述螺旋输送杆，将被所述纵轴截割部切割下的物料从所述铲板输送到所述刮板运输机，继而由所述刮板运输机将其转运走；

步骤5：停止所述悬臂式纵轴掘进机的所述纵轴截割部运转，并停止所述刮板运输机和所述螺旋输送杆运转，操纵所述悬臂式纵轴掘进机从待实施支护区域沿所施工巷道中心线方向退出，按照施工工艺要求对所施工巷道进行支护；或者重复步骤2～4，持续对所施工巷道物料层的切割与物料装载及转运作业，直至所述悬臂式纵轴掘进机到达施工工艺确定的预定位置，停止所述悬臂式纵轴掘进机的所述纵轴截割部运转，并停止所述刮板运输机和所述螺旋输送杆运转，操纵所述悬臂式纵轴掘进机从待实施支护区域沿所施工巷道中心线方向退出，按照施工工艺要求对所施工巷道进行支护；

步骤6：重复步骤2～5，直至完成对所施工巷道的掘进施工作业。

前述中“吃满刀”的含义是指，掘进机悬臂式纵轴截割部的切割滚筒在底盘或者截割部伸缩机构的推动下，旋进到物料层的深度等于切割滚筒的轴向长度。

前述中“预定吃刀深度”的含义是指，掘进机悬臂式纵轴截割部的切割滚筒在底盘或者截割部伸缩机构的推动下，旋进到物料层的深度等于某一数值，该数值是预先确定的，小于切割滚筒的轴向长度。

综上所述，本发明与现有技术相比，一方面，在装载过程中掘进机的底盘只需纵向前进或者后退，而无需在施工巷道中左右横向移动，就可完成全部物料的装载，从而既节省了时间提高了生产效率，又不会揉碾坏巷道底板；另一方面，由于螺旋输送杆是横向或斜横向布置的，为了适应巷道跨度增大只需加大螺旋输送杆的长度和铲板的宽度即可，其不会造成装载与纵轴截割部干涉，从而有利于设备的结构优化。同时，由于底盘上设置有沿横向滑动的滑台，在驱动装置的作用下，滑台沿横向移动，从而通过回转体带动纵轴截割部沿横向移动，不仅不用横向移机即可增大截割巷道宽度，显著提高掘进施工效率，并为配套顶板临时支护液压支架创造了有利条件。上述效果叠加，使纵轴截割部“横向滑移”技术的优势得到了充分发挥。

本发明不局限于上述实施例，一切基于本发明的构思、原理、结构和方法，所做出的种种改进，都在本发明的保护范围之内。