成果簡介
一、 項目來源及背景
隨著國家機械化、智能化礦山建設的戰略要求，巷道掘進對機械化、自動化裝備的需求也越來越高，以提高掘進效率、減少人員，同時大幅提高巷道掘進的人身安全。
懸臂式掘進機廣泛應用于煤礦、金屬礦山、引水工程、城市地下管網、鐵路公路隧道、地鐵等巷道作業中，使巷道掘進逐步實現了機械化，但掘進效率、安全性仍不能滿足巷道作業越來越高的需求。同時，雖然掘進機是集行走、截割、物料輸送為一體的機器，實現了巷道掘進的主體功能，但這些功能并不能完全滿足巷道掘進的全部工藝需求，如探水探氣，如錨桿支護，甚至在掘進時，遇到巖石硬度超過掘進機破巖能力，由于掘進機體積龐大，占用巷道，增加了人工炮掘的難度和危險。因此提高掘進機破巖能力、提高掘進機掘進效率、安全環保且多功能，是掘進機發展必由之路。
在一些特殊工況下，掘進機的推廣應用，仍難以實現，如18°以上的大坡度巷道、硬巖巷道、7m2以下小巷道等。
傳統縱軸懸臂式掘進機，受電動截割頭結構、安全特性影響，性能上存在幾個薄弱點：（1）功能單一，只能實現掘進機常規的功能，如行走、運料、掘進；巷道掘進遇到硬巖時，進退兩難。（2）體積大，機身重，決定了其爬坡能力先天不足；（3）同功率破巖能力差。
從市場調研中發現，掘進作業有以下幾個問題仍需解決：（1）無論是EBH35/45，還是EBH90，在硬巖（＞F5）條件下的作業效率仍不能滿足客戶不斷追求效率的需求；（2）當需要打探水探氣的探孔或打錨桿時,需停機單獨用探水探氣或打錨桿鉆機在掘進機前面的巖壁處作業；（3）掘進時產生的大量粉塵，使巷道內粉塵濃度極高，作業能見度底，無法連續作業,也會對在施工的人員身體產生極大的傷害。
二、項目介紹
1、主要研究內容
本項目產品的目的是提供全液壓無級變速多功能掘進機，可以在煤礦巷道掘進、修復巷道，還可以用于公路鐵路、水利工程隧道掘進，地下工程（下水道、電纜通道、地鐵）的拓展，具體講是一種能實現連續巷道、隧道掘進作業的全液壓無級變速掘進機。內容如下：
（1）整機的全液壓控制系統。實現每個動作可以獨立或復合的實現精密控制；同時恒功率液壓泵自動根據工況負載實現自動變量，截割頭可自適應截割物料的硬度自動調速；
（2） 機身的小巧靈活性和整機功能性拓展。機器最小可在巷道2m*2m以下、大巷道4.5m*5.5m以上適合作業；設計的截割臂除能完成正常的銑挖物料外，還能完成對堆積在鏟板上和機器左右前側面的物料進行輔助喂料，滿足輸送機構的能力要求；要求截割臂的作業范圍廣，橫向銑挖頭可以完成縱向銑掘、側向銑掘和大臥底量，完全滿足對巷道頂部和側壁完成修復，方便對工作面的支護；
（3） 在保證機器可靠性下實現掘進有效破巖能力達到F7以上，破碎破巖能力達到F10以上；
（4） ±25°坡上機器自主行走和作業（無外輔助支撐），35°以上坡度出料；
（5） 切割作業的粉塵處理，確保操作者的操作視線，保證連續作業；
2、關鍵技術
（1）動力系統：
采用單電機設計方案，電機連接聯軸器，后面是高壓柱塞串泵，把電能轉換成液壓能，結構緊湊，布置簡單，維護方便。
（2）液壓系統：
采用全液壓控制，先進的LUDV液壓系統使每一個動作可以獨立或復合的實現精密控制。恒功率變量泵和LUDV負載敏感閥配合，流量輸出與負載的壓力無關，復合動作更協調，實現精細操作，并減少了不必要的流量損失，達到節能的目的。
（3）截割頭實現無級變速
截割頭采用液壓恒功率控制，轉速自動適應負載變化，使輸出流量按照實際工況所需的流量輸出，從而實現截割頭在0~80rpm轉速范圍內的無級變速，電機容量利用率高，節能效果好，截齒損耗率低。
（4） 截割機構
傳統掘進機的截割臂是一體式的直臂結構，工作過程中物料收集很不方便。本截割機構設計成折臂式結構，由大臂、小臂和截割頭組成，用銷軸鉸接連接，通過控制截割臂上各相應油缸和回轉油缸的伸縮，實現收料扒料功能，將截割的物料撥進鏟板內，提高裝運效率。
（5） 水冷和風冷混合散熱方式
冷卻水源通過水濾清器進入主水箱，通過板翅式換熱器冷卻高溫液壓油，并通過水泵提供內外噴霧系統水源。當工況環境無水源或水源不足時，采用風冷散熱，以保證掘進機正常工作。
（6） 截割頭
采用橫軸式液壓截割頭，切削形式更合理，截割頭轉速高，通過無級變速切削，使滾筒截齒在巖壁切削時形成慣性沖擊力，有效提高破巖能力，經濟截割能力達到F7。此性能與傳統掘進機相比，同等截割功率截割硬度提高30%以上。（EBZ160經濟破巖能力僅為F5）
（7） 多功能一體化
本產品可根據不同工況要求實現截割頭或破碎錘或挖斗的更換，適應多功能作業；同時，可在截割機構上安裝鉆錨機構，實現掘錨鉆一體化。
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