KC-80C矿用链式开槽机的研制与应用

MANUFACTURING AND PROCESS | 制造与工艺
 时代汽车
1　引言
随着煤矿回采技术和先进掘进技术装备的大量应用，为了确保机械化矿井快速推进的需要，联络巷道封堵、通风、排水，经常都需要开凿大量的防火墙密闭墙槽口和抽水泵窝则等工作，以往没有合适的专用工具或机械设备，密闭墙开槽、挖水沟通常采用风镐和刨锤手工作业方式，由于井下地质条件不同，需要开槽的地方有全煤、半煤岩、全岩巷道等，这些煤及岩体硬度较高，均达到f＞4，机械化程度低，人工劳动强度大，效率非常低，掏槽质量无法到达设计要求，掏顶槽更加困难，垮落的大块物容易伤人，而且高空作业有较大的安全隐患，同时严重制约了综采工作面的回采速度和连掘面的掘进进度。

近几年根据智能化矿井减人增效、机器
替代人工作业生产转变，彻底解放高强度人
工劳动，同时为了提高工作面永久密闭墙体
的质量，防止采空区漏风遗留煤着火，确保
下一个工作面正常安全运行。

2018年至今国
内有几家企业在跟进研发满足机械化开槽的
设备，结构为电动履带式行走，虽实现了开
槽机械化，但整体设备功率小效率低，使用
时需外接电源，上下井转场不方便。

为了加
快煤矿智能化建设，2020年2月，国家发展
改革委、国家能源局、应急管理部、国家煤
矿安全监察局、工业和信息化部、财政部等
八部委出台了《关于加快煤矿智能化发展的
指导意见》，明确指出智能化是煤炭工业高
质量发展的核心技术支撑，制定了煤矿智能
化发展的原则、目标、任务和保障措施。

鄂
尔多斯市智博机械制造有限责任公司响应煤
矿智能化建设自主研制了KC-80C矿用智能开
槽机，该设备集成于车辆底盘上，可充分发
挥车辆机动性强、截割效率高和使用方便的
优势，其截割功率可达80 kw，可适用于各类
需要开槽的全煤、半煤岩、全岩巷道等地方，
开槽高度可达6 m，360 °伸缩回转臂，可实
现开槽一次成型，截割作业采用遥控操作，
可视性好无视角盲区。

2　矿用链式开槽机总体方案设计
本开槽机的结构如图1所示，主要由车
辆覆盖件总成、伸缩旋臂、防爆发动机系统、
电气设备、液压系统、底盘、行走机构、支腿、
郝巧梅1　李玉存2　李莎2　郝慧芬1　李波3
1.内蒙古农业大学　内蒙古呼和浩特市　010018
2.鄂尔多斯市智博机械制造有限责任公司　内蒙古鄂尔多斯市　017200
3.鄂尔多斯职业学院　内蒙古鄂尔多斯市　017000
摘 要：依据煤矿环境和工况需求，分析煤及岩体的硬度、巷道结构等研制了国内首套KC-80C型矿用链式开槽机，将动力系统、电液控制系统、截割部和伸缩旋臂机构等集成于车辆底盘之上，结构紧凑。

通过在大柳塔煤矿现场试验，结果表明：KC-80C矿用链式开槽机可在2<f<6的煤层开槽，开槽深度可达0.9 m，切割功率可达2×40 kw，切割效率5 m³/h，最大切割高度可达6 m。

关键词：矿用开槽机　伸缩旋转臂　链式截割部　胶轮式
Development and Application of KC-80C Mine Chain Slotting Machine
HAO Qiaomei，Li Yucun，Li Sha，Hao Huifen，Li Bo
Abstract： A ccording to the coal mine environment and working conditions, the article analyzes the hardness of coal and rock mass, roadway structure, etc., to develop the first KC-80C mine chain slotting machine in China. It integrates the power system, electro-hydraulic control system, cutting section and telescopic swivel arm into the vehicle chassis, making the structure compact. Through the field test in Daliuta coal mine, the results show that:KC-80C mine chain slotting machine can slot in the coal seam with 2<f<6, the slotting depth can reach 0.9 m, the cutting power can reach 2×40kw,the Cutting efficiency can reach 5m³/h, the maximum cutting height can reach 6 m.
Key words： m ine slotting machine, telescopic swivel arm, chain cutting section, rubber wheel
KC-80C矿用链式开槽机的研制与应用
AUTO TIME 139
140
AUTO TIME
MANUFACTURING AND PROCESS | 制造与工艺
支顶油缸、链式截割部、回转台、滑轨等组成。

开槽机将动力系统、电液控制系统和旋臂截割机构等集成于底盘机架上，结构紧凑，有效减小整机尺寸，有利于开槽机在矿井下的转场移动。

图1　矿用智能开槽机
1.驾驶舱
2.防爆发电机系统
3.链式截割部
4.电磁阀组
5.支顶油缸
6.伸缩旋转臂
7.回转台
8.底盘
9.支腿10.行走机构 11.油箱
1
2
345
6
7
8
9
10
11
3　矿用智能开槽机主要结构
3.1　行走机构
现有市面上使用的开槽机普遍采用电动履带式行走方式，工作时需外接电源不能满足煤矿上下井远距离转场工况需求。

本文研究的开槽机采用矿用防爆国三电喷柴油机为动力源液力传动，阻燃橡胶实心轮胎起到支承整机重量及行走，柴油动力的设备更加机动灵活，不需借助其它辅助设备或外部电缆，即可在巷道内自主行走，对外部环境要求低，特别适用于转场频繁及远距离巷道。

采用行走方便的无轨胶轮替代履带式行走，可在坡度不大于±14°的煤及半煤岩巷道中行走，最高行走速度可达18 Km/h ，节省了行走时间和接电准备工作，提高了效率，同时有效的避免履带对巷道底板的损坏，更加符合矿井环境空间的要求。

依靠液压马达通过分动器传动轴驱动车轮的四轮驱动行走，由前转向驱动桥、后驱动桥、分动器、传动轴、液压马达、多片湿式制动器组成。

（1）行走马达的驱动力先经减速器、传动轴传递到前（后）驱动桥，再经差动齿轮、轮边减速器以大转矩传递给车轮。

（2）1档P1脱开，2档与同步器啮合，车辆高速行驶。

（3）当变速转换手柄置于低速位置时，
变速器内的2档与同步器脱开，1档齿轮与同步器啮合，车辆低速行驶。

3.2　支撑机构
支撑机构由底盘机架和支顶油缸两部分组成，底盘机架两侧装有4个液压支腿，用以支撑整机，底盘上部装有支顶油缸主要压
紧稳固整机。

前端装有发动机大梁用于固定防爆发动机。

下部装有驱动桥均衡铰接架/（驱动桥支座）用于固定行走装置。

支腿油缸和支顶油缸稳定的固定在巷道内，如图2所示，截割作业时，有效的杜绝截割部工作时产生的机械振动、反冲击力，使设备整体颤动，移位的问题。

图2　开槽机支撑示意图
支腿
支腿巷道
底板
巷道顶板
支顶油缸
3.3　伸缩旋转臂
为了减少掏槽机的载荷，提高生产能力，一般针对不同煤层应采用不同的截割顺序，要求截割臂能在巷道内操作灵活。

一般情况下正确的截割顺序：截割半煤岩时，应先截割煤体再截割岩体，既按先软后硬的程序；对于较均匀的中硬煤层，应先割左右壁槽，再割顶槽，最后掏底槽，截割时由下向上依次截割到要求深度，然后向上截割剩余部分；对于硬岩（煤），采取少进刀量慢移动多次数的截割顺序。

针对以上情况，伸缩旋转臂驱动设计成由上下两部分，下部为滑轨滑鞍，上部为回转减速机、转台、旋臂。

滑轨纵向移动行程可达0.65 m ，滑鞍在滑轨上左右移动行程0.8 m ，滑鞍左右设有支重轮和导向轮，确保滑鞍始终沿滑轨中心移动。

转台由回转减速器驱动可旋转180°，旋转大臂结构为套筒式，外套筒固定在主轴卡座上固定不动，内套伸缩臂由内置油缸控制伸缩，根据巷道高度自由调节伸缩量。

伸缩截割大臂由双马达输出端小齿轮传动主轴大齿轮作360°旋转，链式截割部与旋转臂用摇臂铰接，由油
缸控制，可向下弯曲80°，可以截割不同断面上下左右的基质，通过左右移动滑鞍、伸缩副臂、截割部弯曲，满足不同断面掏槽作业，如图3所示。

图3　伸缩旋转臂开槽位置图
（a ）底面开槽
（b ）顶面开
（c ）侧面开槽
（d ）边角开槽3.4　链式截割部
本开槽机切割部采用链式驱动截割，主要由截割链条、链轮、左右滚筒、驱动轴、截割横轴、截齿、驱动马达、张紧油缸、机架组成。

由双马达驱动转动轴中安装的链轮，以驱动截割链条旋转，同时由截割链条两侧伸出的销轴带动滚筒同步旋转，进行截割作业，截割部的盖板链条及截割滚筒上均设置
AUTO TIME
141
MANUFACTURING AND PROCESS | 制造与工艺
 时代汽车
了截齿，截割部可直接深入截割面，截割深度可一次成型，无需左右摆动截割部，截割面平整。

链式截割部最大的优点是能一次性开槽成形，槽口质量好，效率高。

在液控换向阀反馈油口连接主泵负载模块外接口上，截割过程中压力变化随时反馈到主泵，从而保证截割功率不变。

切割部机头从动横轴两边装有截割轮，截割轮内侧安装驱动链轮，由截割链条两侧伸出的销轴带动滚筒同步旋转进行截割作业，开式链传动在开槽作业中有效防止夹入煤或异物过载损坏链条。

齿座焊接在特制的链条盖板上，截齿插入齿座内由卡簧固定方便更换。

4　矿用智能开槽机液压系统
液压系统是开槽机的核心，其性能优劣直接影响到开槽机的整体性能和可操作性，此液压系统动力源为一台双联高压柱塞泵，由防爆发动机来驱动，主泵采用负载敏感自动变量泵，与它串联的副泵单独工作，系统总体分为三大部分，车辆行走和截割为主体部分，由主泵供油。

先导手柄控制、滑轨油缸控制、截割部油缸控制、伸缩臂油缸控制、转台滑移油缸控制、转台回转马达控制、大臂回转马达控制、车辆制动控制为第二个主体部分，由副泵供油。

车辆四条支腿油缸控制、支顶油缸控制、支顶架升降油缸控制为第三部分，由副泵供油。

5　开槽机煤矿应用
2019年5月13日-27日在大柳塔煤矿56煤六盘区辅运37联巷掏设一座水泵窝（尺寸1 ×1.5 ×1 m ）窝底0.6 m ，辅运2联巷掏顶槽（尺寸0.6×0.8×0.5m ），五盘区7.5 m 处掏顶槽（尺寸6 ×1 ×1 m ），52504运顺机头扩帮掏槽，52煤延伸回风大巷顶帮掏槽（尺寸6 ×3 ×5 m ）。

经过使用测试KC-80C 矿用智能开槽机可满足不同硬度煤层硬度的开槽，开槽效率平均可达4.7 m³/h ，在巷道内伸缩旋转臂可灵活动伸缩转动旋转臂，一次性完成开槽任务。

初次测试时链式截割部开槽时容易夹煤，影响开槽性能，将链式截割部
的闭式驱动改成开式驱动，消除夹煤现象。

6　结论
（1）自制13吨底盘，采用2套动力系统，切割功率可达80 Kw ，截割部采用盖板链条传动截割技术，传动链轮设置在左右截割轮内侧由截割链条两侧伸出的销轴驱动，有效避免截割过程中链轮夹煤卡死造成设备损坏。

链条上的截齿可截割掉煤层中间的基质，无需左右摆动截割部，整个截割部可深入作业面一次成型，截面平整、效率高。

（2）研制的伸缩旋转臂可向下摆动80°，伸缩截割大臂回转360°，转台旋转180°，滑轨滑鞍可沿着纵向和横向移动，可
切割左右上下四周煤壁基质，动作灵活、效率高。

（3）传统人工开一道宽0.5 m 、深0.5 m 、高3.5 m 的防火密闭槽，需要两个人，六个班完成，平均一天两个班，采用智能旋臂开槽机，1人遥控作业，20分钟完成，效率是人工数十倍。

（4）由双作用油缸控制的开槽截割作业支撑机构，截割工作时设备的稳定性更加安全可靠，有效的杜绝截割部工作时产生的机械振动、反冲击力，使设备整体颤动，移位的问题。

（5）采用无线遥控智能化操作模式，人员可远距离遥控操作，直接面对工作面，无视野盲区，安全性高。

基金项目：内蒙古自治区科技厅关键技术攻关项目“矿用旋臂智能铣刨机的研制与应用”（基金编号：021GG0189）；鄂尔多斯职业学院汽车技术教科研创新团队；鄂尔多斯职业学院产教融合协同育人创新团队。

参考文献：
[1]姚会军.矿用密闭开槽机的研制与应用[J].煤矿机械，2020，41（08）：154-157.[2]管永昌，武利民，闫子龙.矿用密闭开槽机的研制与应用[J].现代制造技术与装备，2021，57（03）：61-62.
[3]张世安，史秀志，霍晓锋，邱贤阳.地下矿山顶底柱矿体回采掏槽方式优化研究[J].矿冶工程，2021，41（05）：22-26.[4]王国法，徐亚军，张金虎，等.煤矿智能化开采新进展[J].煤炭科学技术，2021，49（01）：1-10.
[5]赵米真，曹国选，李春.煤矿巷道无轨胶轮行走防爆柴油开槽机的研究开发[J].当代化工研究，2021，（24）：177-179.[6]尚利民，杨君.煤矿自制掏槽机与人工掏槽在煤矿密闭施工过程中的应用对比[J]安全，2017，40（04）：
55-57.
图4　KC-80C 矿用智能开槽机试验现场。