CN110318749A - 巷道截割装置及掘进机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及巷道掘进技术领域，提供一种巷道截割装置及掘进机。巷道截割装置包括：直线传动机构；摇臂，第一端连接至所述直线传动机构并沿着所述直线传动机构的直线传动方向运动，且所述第一端与所述直线传动机构铰接，第二端连接截割头，且所述截割头相对所述第二端自转。本发明包括直线传动机构和摇臂的巷道截割装置，相对于包括悬臂式、滚筒式和全断面式截割部在内的现有截割部而言，该种巷道截割装置可实现巷道各种形状断面的掘进，截割部所占用空间更小，截割效率更高，针对不同截割断面的适应性更好，能够有效提高巷道的掘进速度和施工效率。

Description

巷道截割装置及掘进机

技术领域

本发明涉及巷道掘进技术领域，尤其涉及一种巷道截割装置及掘进机。

背景技术

目前，我国煤炭巷道掘进面临成巷速度慢，机械化、自动化水平低等问题。工作面回采与巷道成巷速度的矛盾导致了采掘接续紧张，阻碍了煤炭科学产能的进一步提升。

掘进装备及工艺是影响巷道掘进速度和效率的关键因素之一，其中截割部的设计及施工工艺是影响掘进速度和效率的主要因素。

目前煤炭巷道掘进机的截割部设计主要有三种形式，分别是悬臂式、滚筒式和全断面式。对应的掘进机分别是悬臂式掘进机、滚筒式掘进机和全断面式掘进机。

悬臂式掘进机以山西天地煤机装备有限公司生产的EBZ系列为代表(如EBZ160)。悬臂式掘进机是目前煤炭巷道掘进的主要机型，但存在悬臂较长，占用空间过大等问题。其次悬臂式掘进机在巷道掘进施工中需要左右移动机身，才能实现巷道全断面的截割，耗时更长，从而阻碍了掘进效率的进一步提升。

滚筒式掘进机工作中不需要左右移动机身，可以原位实现巷道断面截割，典型的机型有Sandvik公司的MB670。该机型的截割方式在实际施工中面临以下问题。首先，滚筒较长，截割阻力较大，对掘进机的动力要求较高，当遇到断层和岩层时，掘进困难，对不同岩层的适应性较差。其次，因为水平滚筒不能调整角度，因此，滚筒式截割方式难以满足倾斜顶板巷道的掘进施工工况。最后，滚筒式截割方式由于截割部较长，截割过程中对顶板的扰动较大，因此容易造成顶板垮塌。

全断面掘进机的应用相对较少，还处在研发试验阶段，典型的有中煤科工集团上海研究院有限公司研制的MJJ3800×5800全断面矩形掘进机。全断面掘进机的截割机构可以一次实现巷道全断面的截割和推进。由于全断面掘进机在煤矿试验时存在以下问题：一是整机重量大，难以适应煤矿井下软弱或坡度较大的底板条件；二是全断面截割时通常存在一定的截割盲区；三是全断面推进的阻力非常大，当遇到岩石时，往往存在推进不了的情况；四是全断面截割机构的方向控制困难，容易造成掘进方向偏差；五是断面截割时掘进迎头较为封闭，易造成一氧化碳或瓦斯超限。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

本发明的其中一个目的是：提供一种巷道截割装置，解决现有技术中悬臂式、滚筒式和全断面式截割部在截割过程当中存在的问题。

为了实现该目的，本发明提供了一种巷道截割装置，包括：

直线传动机构；

摇臂，第一端连接至所述直线传动机构并沿着所述直线传动机构的直线传动方向运动，且所述第一端与所述直线传动机构铰接，第二端连接截割头，且所述截割头相对所述第二端自转。

在一个实施例中，所述直线传动机构为滚珠丝杠副，所述滚珠丝杠副包括丝杠以及相对所述丝杠滑动的滑块，所述摇臂第一端与所述滑块铰接。

在一个实施例中，所述滑块通过螺母安装于所述丝杠，所述螺母与所述滑块之间设置有轴承，所述螺母连接第一驱动件并在所述第一驱动件作用下沿着所述丝杠转动，所述丝杠两端连接固定端头，所述固定端头连接机身连接件，所述滑块与所述摇臂第一端铰接。

在一个实施例中，所述巷道截割装置还包括第二驱动件和第三驱动件；

所述第二驱动件位于所述摇臂内部，用于带动所述摇臂相对所述直线传动机构摆动；

所述第三驱动件位于所述截割头内部，用于带动所述截割头相对所述摇臂转动。

在一个实施例中，所述第一驱动件、第二驱动件和第三驱动件均包括液压马达和连接所述液压马达输出端的减速器。

在一个实施例中，所述直线传动机构为齿轮齿条，所述齿轮齿条包括固定的齿条以及可相对所述齿条转动的齿轮，所述摇臂第一端与所述齿轮铰接。

在一个实施例中，所述直线传动机构为直线电机，包括直线输出部件，所述直线输出部件与所述第一端铰接。

在一个实施例中，所述摇臂的长度大于巷道高度的一半。

在一个实施例中，所述摇臂的数量为至少两个。

为了实现该目的，本发明提供了一种掘进机，包括掘进机机身，还包括上述巷道截割装置，所述巷道截割装置安装于所述机身，所述摇臂满足：所述摇臂第一端沿着待加工巷道水平中线运动。

本发明的技术方案具有以下优点：本发明包括直线传动机构和摇臂的巷道截割装置，相对于包括悬臂式、滚筒式和全断面式截割部在内的现有截割部而言，该种巷道截割装置可实现巷道各种形状断面的掘进，截割部所占用空间更小，截割效率更高，针对不同截割断面的适应性更好，能够有效提高巷道的掘进速度和施工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中巷道截割装置的轴测示意图；

图2是本发明实施例中巷道截割装置在巷道中的正视示意图；

图3是本发明实施例中巷道截割装置在巷道中其中一种状态下的工作状态示意图；

图4是本发明实施例中巷道截割装置在巷道中另一状态下的工作状态示意图；

图5是本发明实施例中巷道截割装置和巷道断面之间的关系示意图；

图中：1、截割头；2、摇臂；3、减速器；4、液压马达；5、丝杠；6、滑动导轨；7、滑块；8、固定端头；9、机身连接件；10、巷道断面；11、巷道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参见图1，根据本发明的实施例，提供巷道截割装置，包括直线传动机构(其中一种形式为后续提及的滚珠丝杠副，包括丝杆5以及相对丝杠滑动的滑块7)和摇臂2。其中，摇臂2第一端连接至直线传动机构并沿着直线传动机构的直线传动方向运动，且摇臂2第一端与直线传动机构铰接以相对直线传动机构摆动。摇臂2第二端连接截割头1，且截割头1相对第二端自转。

针对悬臂式截割部存在的悬臂较长，占用空间过大、需要左右移动机身等问题：实施例的巷道截割装置摇臂2和直线传动机构占用空间小。并且通过摇臂2沿着直线传动机构的直线传动方向运动以及摇臂2的摆动就可以实现巷道断面的截割，因此该种巷道截割装置无需移动掘进机的机身，进而可以提高掘进的效率。

针对滚筒式掘进机存在的截割阻力较大、不能调整角度以及对顶板的扰动较大等问题：实施例的巷道截割装置通过截割头1自转实现截割，其阻力较小。并且，由于摇臂2摆动以及摇臂2第二端沿着直线传动机构直线传动方向运动可以调整截割头1的位置，进而其可以解决滚筒式掘进机水平滚筒不能调整角度以及扰动较大的问题。

针对全断面掘进机存在的阻力大、方向控制困难的问题：实施例的巷道截割装置通过截割头1自转实现截割，其阻力较小；可以通过调整截割头尺寸的大小，进一步降低截割阻力和掘进机推进阻力。并且，由于截割部相对较短且与掘进机机身紧密连接，因此可以很好的通过调整掘进机的运动方向去调整掘进前进方向，，所以，掘进的方向较容易调整和控制。

综上，实施例的包括直线传动机构和摇臂2的巷道截割装置，相对于包括悬臂式、滚筒式和全断面式截割部在内的现有截割部而言，该种巷道截割装置可实现巷道各种形状断面的掘进，截割部所占用空间更小，截割效率更高，针对不同截割断面的适应性更好，能够有效提高巷道的掘进速度和施工效率。

值得一提的是，实施例的巷道截割装置可以实现巷道的矩形断面的掘进。

其中，“直线传动机构的直线传动方向”指代的是后续提及的滑块7的直线运动方向、齿轮中心的直线运动方向、直线输出部件的直线运动方向等。

图1中，直线传动机构为滚珠丝杠副，滚珠丝杠副包括丝杠5以及相对丝杠5滑动的滑块7，滑块7与摇臂2第一端铰接。滑块7沿着丝杠5做直线运动，进而带动摇臂2第一端沿着丝杠5做直线运动。

在一个实施例中，滑块7通过螺母安装于丝杠5，螺母与滑块7之间设置有轴承，螺母连接第一驱动件并在第一驱动件作用下沿着丝杠5转动。由于螺母和滑块7之间设置有轴承，进而当螺母转动的时候，滑块7并不跟随螺母转动，而是随着螺母一起相对丝杠5做直线运动。其中，丝杠5两端连接固定端头8，固定端头8连接机身连接件9，进而丝杠5可以通过固定端头8以及机身连接件9安装至掘进机的机身。在以上基础上，摇臂2第一端和滑块7铰接，进而摇臂2第一端在随着滑块7做直线运动的同时，还可以相对滑块7摆动。

当然，丝杠5和滑块7之间的连接关系不受上述举例的限制。例如，在另一个实施例中，丝杠5两端通过轴承安装于机身。丝杠5连接第一驱动件并在第一驱动件的作用下转动。滑块7通过螺母安装于丝杠5上，当丝杠5转动时，螺母相对丝杠5做直线运动，进而螺母带动滑块7相对丝杠5做直线运动。并且，摇臂2第一端与滑块7铰接，进而摇臂2第一端随着滑块7一起沿着丝杠5做直线运动。

为了实现摇臂2的摆动以及截割头1的自转，必然存在相应第二驱动件连接摇臂2，以及第三驱动件连接截割头1。很显然，以上提及的第一驱动件、第二驱动件和第三驱动件的具体形式以及设置位置均不受限制，只要可以分别驱动直线传动机构工作、摇臂2摆动以及截割头1自转即可。

在一个实施例中，第二驱动件位于摇臂2内部，用于带动摇臂2相对直线传动机构摆动；第三驱动件位于截割头1内部，用于带动截割头1相对摇臂2转动。该种情况下，第二驱动件和第三驱动件由于分别位于摇臂2和截割头1内部，进而可以防止第二驱动件和第三驱动件在外部环境作用下损坏，延长第二驱动件和第三驱动件的使用寿命，降低第二驱动件和第三驱动件的维护成本。

在一个实施例中，第一驱动件、第二驱动件和第三驱动件均包括液压马达4，以及连接液压马达4输出端的减速器3。其中，液压马达4不存在防爆问题，因此适用于巷道截割装置的时候无需额外设置防爆装置，进而可以控制巷道截割装置乃至掘进机的体积。而液压马达4由于其转速一般较高，因此将液压马达4的输出端连接减速器3，通过液压马达4和减速器3的配合，使得摇臂2和截割头1满足相应运动需求。

请参见图2，在图2中给出了第一驱动件中液压马达4和减速器3的安装示意图。具体的，液压马达4连接减速器3，减速器3连接滑块7内部设置的螺栓(图2中未示出)以带动螺栓转动。

通过图1至图4发现，当第一驱动件中液压马达4和减速器3均和滑块7连接的时候，为了保证滑块7安装的可靠性，巷道截割装置还设置有滑动导轨6，滑块7沿着丝杠5滑动的同时，将滑块7设置于滑动导轨6上并沿着滑动导轨6滑动。

直线传动机构除了可以采用以上提及的滚珠丝杠副之外，还可以采用任何现有技术中公开的结构形式，例如齿轮齿条、直线电机、液压油缸或者链轮链条等。

当直线传动机构为齿轮齿条的时候，齿条固定，齿轮可相对齿条转动。该种情况下，只需要将齿轮和摇臂2第一端铰接，就可以使得摇臂2第一端沿着齿条运动的同时，可相对齿轮机构摆动。

当直线传动机构为直线电机的时候，直线电机包括直线输出部，摇臂2第一端和直线输出部件铰接。进而，摇臂2第一端随着直线输出部件做直线运动的同时，可以相对直线输出部件摆动。

在一个实施例中，摇臂2的长度大于巷道高度的一半，该种情况下摇臂2的摆动角度小于180度。具体的，为了保证掘进机的进出，那么摇臂2第一端运动幅度应当小于巷道的宽度，进而直线传动机构沿其直线传动方向的尺寸必然小于巷道的宽度。假设巷道截割装置在掘进机机身上的安装满足：摇臂2上下摆动时候，相对水平面而言其向上摆动的角度和向下摆动的角度相同。在此基础上，如果要加工矩形的巷道断面，为了保证矩形巷道四个拐角的加工，那么摇臂2的长度就必然大于巷道高度的一半。

请参考图3和图4，直线传动机构安装于巷道11的中部并且水平设置。该种情况下，摇臂2相对水平面向上摆动的角度和向下摆动的角度是相同的。而通过图3和图4也不难发现，要加工图3和图4中矩形的巷道断面10，摇臂2的长度必然大于巷道高度的一半。而该种情况下，图3和图4中，摇臂2仅能在圆周的左半圈或者右半圈摇摆。

当摇臂2的数量仅为一根，且摇臂2的长度大于巷道高度的一半的时候，为了加工矩形的巷道断面，摇臂2位于圆周的一侧摆动(假设位于圆周的左半圈)，同时控制摇臂2第一端沿着直线传动机构直线传动方向运动，直到摇臂2运动至直线传动机构的右端极限位置。此时，掘进机退出巷道，使得摇臂2转动至另一侧，之后掘进机重新带动巷道截割装置进入巷道，此时摇臂2带动截割头1在圆周右半圈摆动，同时控制摇臂2第一端沿着直线传动机构直线传动方向朝左运动，完成剩下巷道断面的加工。

在一个实施例中，摇臂2的数量为至少两个。进而，多个摇臂2上的截割头1同时工作，其截割效率高。

请再次参见图3和图4，当摇臂2的长度大于巷道高度的一半，且摇臂2的数量为两个的时候，则左半圈的摇臂2带动截割头1在圆周左半圈摆动，右半圈的摇臂2带动截割头1在圆周右半圈摆动。此外，正常截割中，安装有该种巷道截割装置的掘进机只需要前进方向的移动，掘进机整体不需要左右移动，也不需要前后反复运动，因此掘进效率更高。

当左侧和右侧摇臂2均到达直线传动机构中间位置的时候，此时巷道断面尚有一个类似圆形的区域未截割。进而，为了保证巷道断面的加工，请参见图4，右侧摇臂2第一端退回到直线传动机构右端，左侧摇臂2第一端越过直线传动机构的中间位置并继续沿着直线传动机构做直线运动，最终完成矩形的巷道断面的截割成形。或者，左侧摇臂2第一端退回到直线传动机构左端，右侧摇臂2第一端越过直线传动机构的中间位置并继续沿着直线传动机构做直线运动，最终完成矩形的巷道断面的截割成形。

该种巷道截割装置，在截割头1自转的同时，两根摇臂2同时上下摆动实现巷道上部和下部的截割。

上述巷道截割装置，可以提前编程规划好巷道截割装置的截割轨迹，进而易于实现截割轨迹的自动化控制，并易于实现掘进机的自动化截割，可有效减少掘进机的操作人员，降低人工成本。相对于滚筒式截割方案和悬臂式截割方案，摇臂2和直线传动机构的结构形式，其截割头1可以加工的更小，因此对巷道顶板的扰动更小。并且，摇臂2和直线传动机构的结构形式，其空间占用更小，因此空顶距更小，能够有效降低空顶距带来的施工危险性。

巷道截割装置加工巷道断面10的示意图请参见图5。

上述巷道截割装置，以直线传动机构为滚珠丝杠副的情况为例，其施工工艺如下：

首先截割头1通过掘进机机身的推进力实现截割的进刀动作；

如图3和4所示，两根摇臂2同时上下摆动实现截割。巷道截割装置设计中，摇臂2长度大于二分之一巷道高度，因此摇臂2不能摆动至竖直位置(否则超出截割断面)，从而摇臂2只能实现在一定范围内的上下摆动，而不能实现超过180度的转动；

两根摇臂2同时上下摆动截割及左右滑动运动，当两根摇臂2连接的滑块7在丝杠5中间位置相遇时，未截割部分近似为圆形。

此时，将其中一个滑块7移动至丝杠5一端(如图4所示，将右侧滑块7移动至丝杠5右端)，另一个滑块7继续横向移动并同时上下摆动截割，从而实现矩形断面的截割成形。反之，左侧滑块7移动至丝杠5最左端，右侧滑块7继续截割，工艺相同。

在另一个实施例中，巷道截割装置的施工工艺如下：

截割头1通过掘进机机身的推进力实现截割的进刀动作；

进刀后，摇臂2先不摆动，由直线传动机构带动两个摇臂2水平截割，紧接着摇臂转动一个角度，再由直线传动机构带着水平截割。最后未截割部分仍是一个位于中心部位的近似为圆形的区域。

对于位于中心部位的近似为圆形的区域，其截割办法和上述施工工艺的后半部分相似。

根据本发明的实施例，提供一种掘进机，包括掘进机机身，还包括上述巷道截割装置，所述巷道截割装置安装于所述机身。

在一个实施例中，摇臂2满足：摇臂2第一端沿着待加工巷道水平中线运动。也即，直线传动机构对应巷道水平中线设置，以保证摇臂2相对水平面向上转动的角度和向下转动的角度相同。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种巷道截割装置，其特征在于，包括：

直线传动机构；

摇臂，第一端连接至所述直线传动机构并沿着所述直线传动机构的直线传动方向运动，且所述第一端与所述直线传动机构铰接，第二端连接截割头，且所述截割头相对所述第二端自转。

2.根据权利要求1所述的巷道截割装置，其特征在于，所述直线传动机构为滚珠丝杠副，所述滚珠丝杠副包括丝杠以及相对所述丝杠滑动的滑块，所述摇臂第一端与所述滑块铰接。

3.根据权利要求2所述的巷道截割装置，其特征在于，所述滑块通过螺母安装于所述丝杠，所述螺母与所述滑块之间设置有轴承，所述螺母连接第一驱动件并在所述第一驱动件作用下沿着所述丝杠转动，所述丝杠两端连接固定端头，所述固定端头连接机身连接件，所述滑块与所述摇臂第一端铰接。

4.根据权利要求3所述的巷道截割装置，其特征在于，所述巷道截割装置还包括第二驱动件和第三驱动件；

所述第二驱动件位于所述摇臂内部，用于带动所述摇臂相对所述直线传动机构摆动；

所述第三驱动件位于所述截割头内部，用于带动所述截割头相对所述摇臂转动。

5.根据权利要求4所述的巷道截割装置，其特征在于，所述第一驱动件、第二驱动件和第三驱动件均包括液压马达和连接所述液压马达输出端的减速器。

6.根据权利要求1所述的巷道截割装置，其特征在于，所述直线传动机构为齿轮齿条，所述齿轮齿条包括固定的齿条以及可相对所述齿条转动的齿轮，所述摇臂第一端与所述齿轮铰接。

7.根据权利要求1所述的巷道截割装置，其特征在于，所述直线传动机构为直线电机，包括直线输出部件，所述直线输出部件与所述第一端铰接。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的巷道截割装置，其特征在于，所述摇臂的长度大于巷道高度的一半。

9.根据权利要求1至7中任意一项所述的巷道截割装置，其特征在于，所述摇臂的数量为至少两个。

10.一种掘进机，包括掘进机机身，其特征在于，还包括权利要求1至9中任意一项所述的巷道截割装置，所述巷道截割装置安装于所述机身，所述摇臂满足：所述摇臂第一端沿着待加工巷道水平中线运动。