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附件1：神华宁夏煤业集团青年创新创效成果申报表成果名称：悬臂式掘进机行走机构技术改造的应用主要完成人：翟文胡平申报单位：梅花井煤矿2010年3月2日1成果名称悬臂式掘进机行走机构技术改造的应用项目起止时间起始：2009年1月17日完成：2009年3月12日主要完成人姓名出生年月工作单位翟文1976.5梅花井煤矿调度室胡平1976.2梅花井煤矿调度室申报集体名称梅花井煤矿调度室申报集体员工数20人专利申报情况是：否：专利号：单位业务技术部门鉴定意见本单位意见矿科技领导小组意见2成果简介：1、项目简介悬臂式掘进机(Boom-TypeRoadheader)是一种能够完成截割、装载、转载煤岩，并能自己行走，具有喷雾灭尘等功能的巷道掘进联合机组，悬臂式部分断面掘进机在煤矿地下巷道施工中得到了广泛的应用。现在煤矿巷道掘进主要采用悬臂式掘进机，悬臂式掘进机主要是由悬臂工作机构、履带行走机构、铲板装载机构、中间运输转载机、泵站和电控系统等组成，具有调动灵活、可靠性强、效率较高、切割断面整齐规范、超挖和欠挖量小等优点。随着悬臂式掘进机在煤矿井下巷道施工中得到了广泛的应用，广大用户、科研机构和学者更加关注悬臂式掘进机的技术发展，诸如，机组运行状况的监测监控、故障的自动诊断、切割断面形状自动形成控制、功率的自动调节、掘进方向定位等技术。目前，在提高悬臂式掘进机截割功率、探索新的截割技术(如高压水射流掘进机和冲击振动式截割机构的研制)、综掘作业线设备的配套及其多样化的研究、掘进机效能及其可靠性和适应性、采用机电一体化技术完善工况检测和故障诊断等方面取得了长足的进步。依据悬臂式掘进机的结构特征，在实际生产过程中，分析了悬臂式掘进机在机构设计中出现的机械干涉问题，并对现场机械干涉问题进行了分析，在此基础上提出了技术改造及防止系统干涉的思路。2、我国掘进机技术的发展现状简述3随着我国采煤技术的发展、煤矿生产规模不断扩大,大型煤矿井下大都开始采用全煤巷布置开采方式,采煤工作面的推进速度也比以往快得多,因而使煤矿井下煤巷掘进工作量大幅度增加,对掘进机的工作效率提出了较高的要求。另外,安全生产已成为煤业最重要的大事之一,半煤岩和全岩巷道用炮掘的方法会有更加严格的使用条件,甚至将被限制使用。因此,掘进机是我国煤矿巷道掘进的主要设备,掘进机在煤矿开采应用领域具有十分重要的作用.我国自20世纪80年代初大批引进煤炭采掘设备,经过消化吸收、提高,特别是近几年随着民营资本的进入,使我国的煤炭采掘设备有了长足的发展,重型机型大批出现,悬臂式掘进机的设计与制造水平已相当先进,可以根据矿井生产的不同要求实现部分个性化设计,这一阶段的代表机型较多,主要有EBJ型、EL型及EBH型.这一阶段悬臂式掘进机的特点是:设计水平较为先进,可靠性大幅提高,功能更加完善,功率更大,一些高新技术已用于机组的自动化控制并逐步发展到全岩巷的掘进.经过几十年的发展,我国悬臂式掘进机的设计、生产、使用进入了一个较高的水平,基本上能满足我国现阶段煤炭采掘需求,并开始走向了国际市场。目前我国掘进机设计开发与制造也存在一些急需解决的问题,首先是产品设计理念、设计手段相对落后,无论是研究院所还是制造厂,更多重视追求应用技术,轻视基础理论的研究。其次是产品制造工艺、检测实验手段、加工设备相对落后。还有就是主要产品的核心技术并没有完全掌握,我国掘进机的开发主要是引进、跟踪仿制,缺少创新和自主的知4识产权,如液压阀的核心技术靠外国公司提供。最后是产品使用寿命、可靠性相对进口产品较差,对产品的可靠性和工艺研究不够。国内技术攻关只侧重于设计结构研究,很少进行可靠性理论、工艺方法研究。主机用原材料、关键部件如轴承、密封、机电、电气元件、液压元部件等,在使用寿命和可靠性上都存在较大的差距。这些问题严重影响了产品的可靠性和使用寿命,需要国内掘进机研究生产厂家在今后的工作中不断探索攻关加以解决。3、主要技术原理3.1问题的提出在长期的实践过程中，通过在梅花井煤矿综掘工作面生产过程中，发现悬臂与铲板间发生机械干涉制约掘进生产，悬臂与铲板间的机械干涉尚未彻底解决。为改善掘进机的装煤效果，铲板应尽量前伸，而掘进机在行走过程中铲板有时需要抬起。因此，当截割机构切割底部的煤岩或挖柱窝煤时，而司机没有将铲板放在最低位置，切割机构与铲板间就可能会发生机械干涉，造成机械事故。从机械结构设计的角度来看，防止机械干涉的方法主要有两类：一是采用无干涉设计，即当切割机构处于下极限位置，而铲板处于上极限位置时，也不会发生机械干涉。实现截割臂与装载装置的无干涉设计通常采取的措施如下：提高截割臂的水平安装高度是获得无干涉设计的措施之一。当然,由于机器受到工况条件及机器的稳定性等诸多因素的制约,只能以满足机器功能参数为前提尽量降低机器的设计高度作为准则,由此,机器的功能参数不变时,理想机器5的悬臂高度只能在有限的范围内波动。这种设计势必会大大增加机器高度,降低机器的稳定性和适用性。二是采用外加元件控制法的非接触式防干涉设计。此设计方法有利于获得满意的设计参数及机型,因此获得了诸多同行的认可。我矿购置的两台EBZ-120C悬臂式综掘机投入使用时就存在这样的问题，在调试过程中，截割臂卧底扫煤达到最大极限位置时，铲板不能在有效范围内运动，截割臂与铲板发生干涉现象，综掘机不能正常截割。3.2详细科学分析及解决方法悬臂式掘进机的截割机构与铲板之间的相对运动关系如图所示。图中L1为截割臂的长度，L2为铲板的长度，L3为产生干涉的长度，L4为装载装置的长度，B1为截割臂的厚度，B2为装载装置的厚度，H1为截割臂的安装高度，H2为装载装置的安装高度，H为截割头卧底深度，ф1为截割臂的最大运动范围，ф2为铲板的最大运动范围。图1悬臂式掘进机工作机构结构尺寸6要达到无干涉设计的要求，即当截割机构下降到下极限位置，而铲板上升至上极限位置时，掘进机也不会发生机械干涉，则要求截割机构的A'点与铲板A点之间的相对距离D大于等于零，由图中所示，则有D＝H1-(l3sinф1+B1/2)-[H2-(l4cosф2-B2)](1)式中ф1max＝arcsin[(H1-△H)/L1]由式(1)可得不干涉条件为D＝H-[13sinф1-14cosф2]≥D0(2)H＝H1-H2-B1/2-B2D0──不发生机械干涉所要求的铲板与悬臂间的最小距离由式(1)可知，当H1增大，而其它参数不变时，则D也增大，即掘进机越不容易发生机械干涉现象；当L3、B1、B2中的一个或几个同时增大，而其他参数不变时，则D将减小，这时掘进机就越容易发生机械干涉现象；当L4增大则相应L2也将按比例增大，这时D也将减小，也容易发生机械干涉现象。根据EBZ-120C悬臂式综掘机各运动结构件技术尺寸，EBZ-120C悬臂式综掘机在现场截割过程中，先将铲板放置水平位置，当截割臂在最大极限位置卧底时，此时铲板从水平位置开始抬起，通过测量，当铲板油缸千斤伸出0～50㎜及70～260㎜范围时，铲板与截割臂不发生干涉现象，当铲板油缸千斤伸出50～70㎜范围时，铲板与截割臂发生干涉现象。经过现场实际测量，若要保证不发生干涉现象（即确保DO值大于7等于零），解决的途径有：方案一是将铲板后部挡煤板的厚度降低50㎜，方案二是将截割臂下的厚120㎜的限位装置拆除。两者相比较，方案二拆除限位装置后截割电机及升降油缸将失去其机械保护，易造成截割电机和升降油缸的损坏，方案一不会存在类似问题决定采用方案一进行技术改造。确定施工方案后，对设备进行技术改造。改造后解决了铲板与截割臂机械干涉问题，实现了设备的安全运行。大大提高了掘进单进水平，为矿的采掘接续的紧张局面赢得了宝贵的时间，创造了一定的经济效益。4、防止干涉的新途径解决悬臂与铲板的机械干涉问题，不能孤立地考虑，应结合悬臂式掘进机自动控制技术，如结合断面轮廓尺寸控制、机器运行状况监测和离线遥控操纵技术并行研究解决。悬臂式掘进机截割断面的成形控制和掘进机截割头截割轨迹的可视化，可获得规整的断面形状尺寸，从而减少无用的掘进量和充填量。依据悬臂式掘进机自动控制方面的发展趋势，根据断面成型的不同形式，采集断面形成时的数据，将数据形成截割轨迹，通过截割轨迹可视化与设计的断面数据进行比较，操作人员根据显示轨迹及时控制截割轨迹，以减小端面形成时的超挖量，同时可避免悬臂和铲台动作过量产生干涉。5．应用情况改造后解决了铲板与截割臂机械干涉问题，创造了一定的经济效益和社会效益。实现了设备的安全运行。为矿的采8掘接续的紧张局面赢得了宝贵的时间。另外，随着社会经济的不断发展，科技的进步和人民生活水平的不断提高，要求巷道施工向安全、优质、高效、无人化方向发展，加强掘进机向智能化方向发展是一个大的趋势，未来的矿山机械将全面装备融合电子化、自动化、高度集成化的机电一体化新技术。