煤矿履带式锚杆机行驶稳定性分析与优化_吴家乐.pdf

1、第 42卷第 03期 2023 年 03月 煤 炭 技 术 Coal TechnologyVol.42 No.03Mar.2023doi:10.13301/ki.ct.2023.03.0580 前 言 近 年 来，随着 我 国 煤 炭 产 业的 结构 性 调 整，井 工 煤 矿 规 模 越 来 越 大，百 万、千 万 吨 级 矿井 越 来 越 多，这也 对 煤 矿 开 采的 效率提 出了 更 高 的 要 求。但 是 影 响煤 矿高 产 高 效，制 约 井 工 煤 矿 开 采 效率 的 一 个 重 要 因素 就 是 掘、支 不平 衡。据 统 计，煤 矿 巷道 掘进 时 间占 17 34，支护 时

2、 间占 50 67。因 此，为 缩 短 辅 助 开 采 作 业 时 间，提 高 支护 效率，锚 杆 机 的 钻 臂 不 断增 多，相 关 辅 助 设 备，如 电 机、控制、除 尘、管 路 等 也 相 应 增加，这 样 的 设计 提 高 了 支护 效率 的 同 时，也 使 得 设 备 的 吨 位，外 形 尺寸 越 来 越 大，在 不 同 的 工 况 环 境 和 运动 状 态 下，重 心 位 移 变 化 量 也随 之 增 大，从而 导 致 整 机 行 驶 稳定性 能 指 标 降 低，尤 其 在 煤 矿 井下 多 陡 坡、多 积 水、多 煤 泥、多 转角 的 路 况 下 行 驶，更 易 发 生 重

3、心 偏 移，存 在 极 大 安 全 隐 患。本 文以神 华 煤 炭 集 团 神 东 公司 4A00-1637-WT型 锚 杆 机 为 研究 对 象，对 不 符 合 稳定性 准 则 要 求 的影 响因素 进 行 了 优化 设计,从而 优化 了 整 机 行 驶 稳定性。1 设 备 简介及 存 在 问 题 1.1 设 备 主 要 结 构 及 参 数 4A00-1637-WT 型 锚 杆 机 主 要由 动 力 系 统、液 压 系 统、行 走 机构、四 连 杆 升 降 机构、顶 棚、操 作 平 台、钻 架 及 除 尘 系 统 组 成。整 机结构 如 图 1 所 示。锚 杆 机 主 要 参 数：设 备 重

4、 量/kg 32 000外 形 尺寸（长 宽 高）/mm 6 525 3 200 1 350最 小支护 高度/mm 1 600最大 支护 高度/mm 3 700履 带 长/mm 2 600履 带 宽/mm 450履 带 间 距/mm 2 670消 耗 品 承 载 能 力/kg 5 000煤矿 履 带 式 锚 杆 机行 驶 稳 定 性分 析 与 优 化 吴 家 乐 1，刘 雄 2，3，王 斌 1（1.国 能 神 东 煤 炭 集 团 有 限 责 任 公司，陕 西 神 木 719315；2.中 国 煤 炭 科 工 集 团太 原 研究 院，太 原 030006；3.山 西 天地 煤 机 装 备 有 限

5、 公司，太 原 030006）摘 要：针 对 煤矿 井下 某 履 带 式锚杆 机 由 于 重 心 失 衡，导 致 锚杆 机 在 行 驶 过 程 中 经 常 发 生“栽 头”现 象，建 立 锚杆 机 在井下 纵 向、横 向 坡 道 上 失 稳 状 态 的 几 何 模型，分析 锚杆 机 在 纵 向、横 向 坡 道 的 行 驶 稳 定性，得 知 锚杆 机 不 满足 稳 定性 准 则 要 求。研究 整 机 结 构，优 化 设计 锚杆 机 除 尘 系 统 及 除 尘 部 件的 布 置，从而优 化了 锚杆 机 的 行 驶 稳 定性。优 化后的 设 备 在 神 华 煤炭集团 神 东 公司哈 拉 沟 煤矿 进

6、 行 了 工业 性试 验，试 验结果 证 明 设 备 可 以 稳 定 行 驶。关键词：履 带 式锚杆 机；行 驶 稳 定性；优 化 设计 中图分类 号：TD4 文献 标 志码：A 文章 编号：100 8 87 25（20 23）03 281 05Analysis and Optimization of Driving Stability of Crawler Bolter in Coal Mine WU Jiale 1，LIU Xiong 2，3，WANG Bin 1（1.China Energy Shendong Coal Group Co.,Ltd.,Shenmu 719315，China

7、；2.Taiyuan Institute of China Coal Technology and Engineering Group,Taiyuan 030006,China；3.Shanxi Tiandi Coal Mining Machine Co.,Ltd.,Taiyuan 030006,China)Abstract:Aiming at the unbalanced center of gravity of a crawler bolter in a coal mine,the phenomenon of heading often occurs during the driving

8、process of the bolter.A geometric model of the instability state of the bolter on the longitudinal and lateral slopes was established,and the bolt was analyzed.Thedriving stability of the machine on the longitudinal and transverse slopes was determined,and it was found that the bolting machine did n

9、ot meet the requirements of the stability criterion.Study the structure of the whole machine,optimize the design of the dust removal system and the arrangement of the dust removal components of the bolter,so as to optimize the driving stability of the bolter.Theoptimized equipment has been industria

10、lly tested in Halagou coal mine of shenhua coal group Shendongcompany,and the test results have proved that the equipment can run stably.Key words:crawler bolter；driving stability；optimal design 281牵 引 速 度/m s 1 0.5对 地 间隙/mm 250图 1 4A00-1637-WT 锚 杆 机 整 机 结 构 及 重 心 示意 图 1.动 力 系 统 2.液 压 系 统 3.行 走 机构 4

11、.四 连 杆 升 降 机构 5.顶 棚 6.操 作 平 台 7.钻 架 8.除 尘 系 统 1.2 设 备 存 在 问题 由 于 该 型 锚 杆 机顶 棚、操 作 平 台、钻 架 及 除 尘 系 统 集 中 设计 在 设 备 前 端，导 致 设 备 作 业 机构 重 量 过 大，整 机 重 心 靠 前。据 调 研 统 计，该 设 备 在 煤 矿井下 6左右 的 坡 道 上 下 坡 行 驶即出现 整 机 向 前 翻 倾 现 象。且 由 于 整 机 重 心 靠 前 导 致 设 备 与 地面 附 着 力不 均匀，设 备 行 驶 性 能 差，存 在 极 大 安 全 隐 患。2 设 备 稳 定 性分 析

12、 与 计 算 2.1 稳 定性定 义 及 准 则 设 备 的 行 驶 稳定性 是指 设 备 在行 驶过 程 中，不 发 生 翻 倾、滑 移 等现象 的 能 力。为 了 对 稳定性 进 行 评 估 和 优化，提 出了“极限 翻 倾 角”的 评价 指 标，极限 翻 倾 角 的大 小 表 示 设 备 行 驶 或 停 放 在 坡 道 上 不 发 生 倾、侧 翻 的 能 力，其 值 越 大，说 明 设 备 稳定性 越 好。煤 矿设 备 的稳定性 准 则 为：纵 向 极限 翻 倾 角 不 小 于 14，横 向 极限 翻 倾 角 不 小 于 7。2.2 整 机 重 心 位 置 的 确定 确 定 设 备 重

13、心 是 计 算 翻 倾 角 的 关 键，利 用 Solid W orks 软 件 对 4A00-1637-WT 型 锚 杆 机 整 机进 行 三 维 建 模，设 备 重 心 通 过三 维 模 型 可以 确 定（见图 1）。根 据 煤 矿设 备 操 作规 范 要 求，矿用设 备 行 走 过 程 中 要 求 把 操 作 平 台 高度 降 低 至 最低（图 1中 实 线 位置）。设 备 在 井下 行 驶 均 为 匀 速 行 驶，本 文以 设 备 静 止 在 坡 道 上 的稳定性 为 研究 目 标。2.3 稳 定性分析 与 计 算（1）纵 向 坡 道 上 坡 的稳定性分析与 计 算 锚 杆 机 在 纵

14、 向 坡 道 上 坡 处 于 静 止 状 态 时，其 受 力简 图 如 图 2 所 示。设 备 在 纵 向 坡 道 上 的 受 的 作 用力 分 别 为：设 备 主 机 架 的 重 力 G、工作机构 的 重 力 G、设 备 的制 动 力 F Z、地面 对 履 带 支 撑 段全 部 垂 直 反 力 的 合 力 N。经 分 析 锚 杆 机 在 纵 向 坡 道 上 的 受力 情 况，对 O 1求 矩，由 图 2 锚 杆 机 在 纵 向 坡 道 上 坡 的 受 力简图 O 1.履 带 支 撑 面 后 端 点 O 2.履 带 支 撑 面 前 端 点.纵 向 上 坡 角.设 备 工作机构 重 心 与 O

15、1的 连 线 与 坡 道 平 面 形成的 角 度 力 矩 平 衡 可 得 M O=0（1）即 Nx 1+G 2h+G 2 h-G 1 L 1-G 1 L 2=0（2）式 中 N 地面 对 履 带 支 撑 段全 部 垂 直 反 力 的 合 力，N=G 1+G 1；x 1 N 到 O 1的水 平距离；G 1 设 备主 机 架 的 重 力 G 在 垂 直 坡 道 平 面 的分 量，G 1=G cos；G 2 设 备主 机 架 的 重 力 G 在 平 行 坡 道 平 面 的分 量，G 2=G sin；G 1 设 备 工作机构 的 重 力 G 在 垂 直 坡 道 平 面 的分 量；G 1=G cos；G

16、 2 设 备 工作机构 的 重 力 G 在 平 行 坡 道 平 面 的分 量，G 2=G sin；L 1 设 备主 机 架 重 心到 O 1 的水 平距离；L 2 设 备 工作机构 重 心到 O 1 的水 平距离；h 设 备主 机 架 重 心 高度；h 设 备 工作机构 重 心 高度,h=tan。代 入求得 x 1=G（L 1-h tan）+G L 2（1 tan tan）G+G（3）锚 杆 机 在上 坡 处 于 静 止 状 态 时 不 产 生 翻 倾 的 条 件 是 地面 对 履 带 支 撑 段全 部 垂 直 反 力 的 作 用 线 不 落 在 履 带 支 撑 面 后 缘 之 后。即 x 1

17、=G（L 1-h tan）+G L 2（1 tan tan）G+G 0（4）得 arctan G L 1+G L 2Gh+G L 2tan（5）由 式（5）可 知，锚 杆 机 在 纵 向 坡 道 上 坡 处 于 静 止 状 态 时，其 纵 向 极限 翻 倾 角 与 G，G，L 1，L 2，h 以 及 有 关。设 备 的 重 心 高度 h 越 小，重 心 至履 带 支 撑 面 后 缘 的 距离 L 1 越 大，设 备 就 越 不 容 易 倾 翻，纵 向 稳 定性 越 好；反 之，设 备 就 越容 易 倾 翻，纵 向 稳定性 越 差。第 42卷第 03期 煤 矿 履 带 式 锚 杆 机 行 驶 稳

18、定性分析与 优化 吴 家 乐，等 Vol.42 No.0311 2 3 45 6 7 81 812 7887982 50 G 1 G O 2G 1O 1G F Z G 2N L 2X 1L 1L G 2 h h 282（2）纵 向 坡 道 下 坡 的稳定性分析与 计 算 锚 杆 机 在 纵 向 坡 道 上 向下 处 于 静 止 状 态 时，其 受力 图 如 图 3所 示。图 中 各 符 号所表 示 的 含 义 与 前 文 相 同。图 3 锚 杆 机 在 纵 向 坡 道下 坡 的 受 力简图 经 分析 锚 杆 机 在 纵 向 坡 道 下 坡 的 受力 情 况，对 O 1求 矩，由 力 矩 平 衡

19、 可 得 M O=0（6）即：Nx 2-G 2h-G 2 h-G 1L 1-G 1 L 2=0（7）其 中 各 变 量 计 算 公 式 与 式（2）相 同，代 入 式（7）得 x 2=G（L 1-h tan）+G L 2（1 tan tan）G+G（8）锚 杆 机 在 下 坡 静 止 时 不 产 生 翻 倾 的 条件 是 地面 对 履 带 支 撑 段全 部 垂 直 反 力 的 作 用 线 不 落 在 履 带 支 撑 面 前 缘 之 前，即 x 2=G（L 1 h tan）+G L 2（1 tan tan）G+G L（9）得 arctan G（L-L 1）G（L-L 2）G hG L 2 tan

20、（10）由 式（10）可 知，锚 杆 机 在 纵 向 坡 道 上 向下 静 止 时，其 纵 向 极限 翻 倾 角 与 G，G，L 1，L 2，L，h 以 及 有 关。设 备 的 重 心 高度 h 越 小，重 心 至履 带 支 撑 面 的 距离 L 1 越 小，极限 倾 翻 角 就 越 大，纵 向 稳定性 越 好；反 之，就 容 易 倾 翻，纵 向 稳定性 越 差。（3）横 向 坡 道 上 的稳定性分析与 计 算 锚 杆 机 在 横 向 坡 道 上 的 受力 如 图 4所 示。图 4 锚 杆 机 在 横 向 坡 道 上 行 驶 的 受 力简图.横 向 坡 度 角 当 锚 杆 机 在 横 向 坡

21、道 上发 生倾 翻 现象 时，N 2变 为 0，且 N 1作 用 于 O 点，针 对 系 统 对 O 点 求 矩 得 M O=0（11）即 N 2（B+0.5b）+G 2*h-G1*（0.5B+0.5b-e）=0（12）式 中 N 1 地面 对 于 左 履 带 支 撑 段 的 全 部 垂 直 反 力 的 合 力；N 2 地面 对 于 右 履 带 支 撑 段 的 全 部 垂 直 反 力 的 合 力；G 1*设 备 重 力 在 垂 直 坡 道 表 面 的分 量，G 1*=（G+G）cos；G 1*设 备 重 力 在 垂 直 坡 道 表 面 的分 量，G 1*=（G+G）sin；B 设 备 履 带

22、的 轨 距；b 履 带 宽 度；e 设 备 重 心 偏 离 其 纵 向 对 称 平 面 的 距离；h 设 备 重 心 高度。代 入求得 N 2=（G+G）（0.5B+0.5b-e）cos-（G+G）h sin B+0.5b（13）因 此，锚 杆 机 在 横 向 坡 道 上 不 翻 倾 的 条件 是 N 2 0，故 N 2=（G+G）（0.5B+0.5b-e）cos-（G+G）sin B+0.5b 0（14）得 arctan 0.5（B+b）-e h（15）由 式（15）可 知，锚 杆 机 在 横 向 坡 道 上行 驶 时，其 横 向 极限 翻 倾 角 与 B，b，e，h 有 关。履 带 的 轨

23、 距 B 越 大、履 带 宽 b 越 宽、重 心 h 越 低，锚 杆 机 在 横 向 坡 道 上行 驶 稳定性 越 好；反 之，就 容 易 倾 翻，横 向 稳定 性 越 差。2.4 极 限 翻 倾 角 的 确定 根 据 锚 杆 机 整 机 的 三 维 模 型，可以 计 算 出 锚 杆 机 在 纵 向 坡 道 上、下 坡 空 载、满 载 4种 不 同工 况，横 向 坡 道 上 空 载、满 载 2种 不 同工 况 的 重 心 位置，根 据 上 节 计 算 模 型 可以 计 算 出 锚 杆 机 在 纵 横 向斜 坡 上 不 同工 况 下 的 极限 翻 倾 角，如表 1、表 2所 示。表 1 锚 杆

24、机 在 纵 向 坡 道 上 不同 工 况 的 极 限 翻 倾 角 表 2 锚 杆 机 在 横 向 坡 道 上 不同 工 况 的 极 限 翻 倾 角 由 计 算 结 果可 知，纵 向 空 载 下 坡 和 满 载 下 坡 的 极限 翻 倾 角 指 标 不 满足 稳定性 准 则 要 求。3 设 备 稳 定 性 优 化 设计 通 过 对 极限 翻 倾 角 公 式 中 各 参 数的影响及 整 机 第 42卷第 03期 Vol.42 No.03 煤 矿 履 带 式 锚 杆 机 行 驶 稳定性分析与 优化 吴 家 乐，等 11工 况 极限 翻 倾 角/（）空 载 上 坡 39空 载 下 坡 6满 载 上 坡

25、 36满 载 下 坡 10工 况 极限 翻 倾 角/（）空 载 15满 载 23 G 1 G O 2G 1O 1G F Z G 2N L 2X 2L 1L G 2 h h B e G 1Z 1G Z 2G 2O b N 2h N 1.纵 向下 坡 角 283结 构 分析，需 要 将 整 机 重 心 向 后，向下移 动。经 研究 分析 锚 杆 机 前 端 的 除 尘 系 统 时 发 现，其 在 功 能 上集 旋 流 除 尘、重 力 除 尘、吸附 除 尘 3种 除 尘 方 式 于 一 体，结构 上 主 要 包 括 旋 流 器、沉 降 室、滤 筒、安 装架、防护 罩 以 及 风 机、马 达 等，总

26、重约 1.9 t，如 图 5所 示。图 5 锚 杆 机 原 机 除 尘 箱 结 构 示意 图 1.旋 流 器 2.滤 筒 3.沉 降 室 3.1 除 尘室 结 构 分析 与 优 化 设计（1）旋 流 除 尘 室 分析与 优化 设计 旋 流 除 尘 是 利 用 含尘 气流 旋 转 运动 时 产 生 的 惯 性 力，碰 壁 后速 度 矢 量 方 向 发 生 改 变，而 将 颗粒 从 气 流 中 分 离 出 来，可 分 离 粒 径 大于 15 m 的 颗粒。原 旋 流 除 尘 器 存 在 的 问题 及 重新 设计 思 路 如 下：原 旋 流 除 尘 的 进 气 口 采 用 切 向 进 口 设计，如

27、图 6 所 示。由 于 切 向 进 口 会造 成气流的相 互挤 压，引 起 气流 紊 乱 形成 旋 涡。若将 进 气 口 改 成 蜗 卷 形 状，如 图 7 所 示，可以在一 定程 度 上 避免 进 入 气流与 旋 转 气流的 干 扰，但 是 效果 还 不 是 很 理 想。通 过 长 期 使 用 实践 试 验 的 方 法 证 实 在 气流 进 口 添 加 弧 形 导 向 板 可以有效 地 解 决 这 一 问题，同 时 还 能 够 减 小压 力 损 失，因 此 本 文 采 用 在 进 口 处 增加 导 流板的 方 法，如 图 8 所 示，引 导 气流，减 少 旋 涡 的形成。图 6 切 向进 口

28、 设计 图 7 蜗 卷 进 口 设计 图 8 增 加 导 流 板设计 1.进 气 口 2.导 向 板 原 旋 流 除 尘 器 排 气 管 直径 较 小，在 除 尘 器 中 心 形成的 强 旋 流 对粉尘 二 次夹 带 的 几 率 也 较 小，但 过 小 的 排 气 管 直径 会 在 排 气 管 末 端 形成 剧烈 的 节 流 效 应，造 成 压 力 损 失。在 此，为 减 小 节 流 效 应 将 排 气 管 底 部 端 设计 成 收 缩 口，这 样 既 不 影响 旋 风 除 尘 器 的 除 尘效率，又 可以 降 低 压 力 损 失，如 图 9 所 示。图 9 灰 斗 设计 1.中 心 孔 2.

29、周 围 环 缝 3.反 射 屏 灰 斗 的 结构。原 旋 流 器 灰 斗 设计 较 为 简 单，经 过 CFD 气 固 两相流模拟，发 现 灰 斗 底 部 容 易 形成 较 多 旋 涡，二 次夹 带 的 机 会 增 多。因 此，在 排 气 管 底 部 对 其 流 动 空 间 进 行 扩 充，充 分 延 缓 湍 流 作 用强度，以 减 少 二 次夹 带。由 此，在 排 气 管 底 部 周 边 设计 挡 板，使粉尘 从 挡 板 间隙 进 入 灰 斗，流 入 灰 斗 的空气 在 压 差 的 作 用下 从 中 心 的 圆 孔 再 流 回 除 尘 器。（2）重 力 除 尘 室 分析与 优化 设计 重 力

30、 除 尘 的 本质 是 利 用 重 力 原 理 收 集 气流 中 粒 径 大于 50 m 的 固 体 颗粒。为 达到 最 好 的 除 尘效 果，重 力 沉 降 室 整 体 结构 的 设计 主 要 有 3个 原则：增加 除 尘 室 内 与气流 进 口 垂 直 的 面 积；降 低 沉 降 室 进 口 高度；增 长 沉 降 室 内 气流 从 进 口 流 动 到 出 口 的 通 道 长度。此 外，还 可以 考虑从 改 变气 体和 颗粒 速 度 矢 量 方 向，以 达到 粉尘 颗粒 从 高 速 气流 中 分 离 出 来。根 据 沉 降 原 理 分析，原 除 尘 系 统 沉 降 室 结构 上 存 在 进

31、口 距 沉 降 室 底 部 高度 过 大，气流流 通距离 较 短 等 不 合理 设计。因 此 依 据 沉 降 原 理 对 沉 降 室 进 行 重新 设计。如 图 10所 示。图 10 沉 降 室 设计 1.气流 入 口 2.隔 板 3.气流 出 口（3）滤 筒除 尘 分析与 优化 设计 滤 筒除 尘 具 有 体 积 小、效率 高 等 优 点，因 其 能 够 过 滤 粒 径 小 于 5 15 m 的 颗粒，常 被 用 在 除 尘 系 统 最 后 一 个 环 节。滤 筒除 尘 原 理 是 含尘 气 体 进 入 除 尘 室 后，通 过 布 朗 运动 和 筛 滤 综合 效 应，使粉尘 颗粒 沉 积 在

32、 滤 布 表 面，净 化 后 的气 体 从 排 气 管 排出。滤芯 在 除 尘 器 中 有 2种 安 装 方 式：水 平 安 装，上 层 滤 筒 清 第 42卷第 03期 煤 矿 履 带 式 锚 杆 机 行 驶 稳定性分析与 优化 吴 家 乐，等 Vol.42 No.03123进 气 进 气 12123123284落 的 粉尘 沉落 在 下 层 滤 筒 上，难 以 清 除。垂 直 安 装，清 灰时，灰 尘 易 清 落沉 降 至 灰 斗，效果 好。根 据 上述 滤 筒 吸附 除 尘 原 理 分析，原 滤 筒 沉 降 室 结构 上 存 在 滤 筒 上 下 叠 放 水 平 布 置，距离 灰 斗 距离

33、 过 近，易 引 起二 次 扬 尘 等 不 合理 设计（见图 5）。因 此 依 据吸 附 除 尘 原 理 将 滤 筒 设计 为 垂 直 安 装，如 图 11所 示。图 11 重 力 沉 降和 滤芯除 尘 箱 结 构 示意 图 1.滤 筒 安 装位置 2.重 力 沉 降 室 3.风 机、马 达 安 装位置 3.2 除 尘室 安 装 位 置 优 化 设计 依 据 整 机结构 和 除 尘 室 外 形 尺寸，利 用 三 维 软 件，对 除 尘 室 进 行 合理 布 置。将 旋 流 器除 尘 室 设计 安 装 于 整 机 前 部，重 力 沉 降 室 布 置 在 左右 履 带 驱 动 轮 上，为 了 进

34、一 步 平 衡 机 身 重 量，设计 三级 滤 筒除 尘 室 和 降 噪 装置 布 置 安 装 在 整 机机 身 后 部 两 侧，如 图 12所 示。图 12 除 尘 系统 优 化 设计示意 图 1.降 噪 箱 2.降 尘 箱 3.旋 流 器 4.重 力 除 尘 室 3.3 优 化结果 按 照 2.3节 同 样 的 计 算 方 法，对 优化 后 的 锚 杆 机 在 纵 向 坡 道 上、下 坡 的 极限 翻 倾 角 进 行 计 算，计 算 结 果如表 3所 示。表 3 优 化 后 锚 杆 机 在 纵 向 坡 道 上 不同 工 况 的 极 限 翻 倾 角 把 优化 后 的 极限 翻 倾 角 和 优

35、化 前 的 进 行对 比 分 析，如 图 13所 示。可以 看 出，优化 后 设 备 上 坡 的稳 定性 有所 降 低，但也 能 满足 使 用 要 求。优化 后 设 备 下 坡 的稳定性 较 优化 前 有 了 大 幅 提 高，满足了 设 备 行 驶 稳定性 准 则 的基 本 条件要 求。4 锚 杆 机工 业 性 试 验验 证 优化 后 的 锚 杆 机 在神 华 煤 炭 集 团 神 东 公司 哈拉 沟 煤 矿 进 行 了 为 期 6个 月 的 工 业性 试 验，该 区 队 掘进 巷道 为 半 煤 岩 巷道，巷道底板 为 岩石，局 部 坡 度 可 达 14，巷道 宽 5.4 m、高 3.1 m，单

36、 日 掘进进 尺 约 30 m，试 验 期间共 掘进进 尺 约 5 100 m，锚 杆 机 在 试 验 期 间 行 驶 稳定，无 失 稳 现象，彻 底 消 除 了安 全 隐 患。设 备 作 业 现 场 除 尘效果 良 好，经 现 场 检 测 除 尘效率 达 98.5%，除 尘 噪音 85 dB 以 下，工 人 们 的 作 业 环 境 得 到 大 幅 改 善。图 13 优 化 后设 备 极 限 翻 倾 角 对比图 5 结语（1）针 对神 东 进 口 4A00-1637-WT 型 锚 杆 机 因 井下 行 驶过 程 中 经 常 出现 的 失 稳 问题，建 立 锚 杆 机 在 纵 横 坡 道 上 失

37、 稳 状 态 的 几 何 模 型，得 出 设 备 在 纵 向 6的 坡 道 上 空 载 下 坡 和 10 的 坡 道 上 满 载 下 坡 的 稳定性 不 满足 稳定性 准 则 要 求；（2）优化 设计 了 锚 杆 机 的 除 尘 系 统，调 整 了 除 尘 系 统 各 部 件 的 安 装位置，进 而 优化 了了 整 机 的 重 心 位置，优化 后 的 锚 杆 机 空 载 下 坡 的 极限 翻 倾 角 达 14，满 载 下 坡 的 极限 翻 倾 角 达 17，满足了 设 备 在 井下 行 驶 的稳定性 准 则 要 求；（3）优化 后 的 锚 杆 机 经 煤 矿 工 业性 试 验 结 果表 明，锚

38、 杆 机 在 纵 向 14、横 向 7 的 坡 道范围 内 可以 稳 定 行 驶，除 尘 系 统 的 除 尘效率 达 98.5%，除 尘 噪音 85 dB以 下。参 考文献:1 万 理 想.新型 锚 杆 机结构 设计 J.煤 矿 机 械，2020，41(5):109-111.2 张 忠 国.煤巷 快 速 掘进 系 统 的 发 展趋势 与 关 键 技术 J.煤 炭 科 学 技术，2016，44(1):55-60.3 毛 君，许文 馨.掘进机 坡 角 工 况 下 转 向 动 力学 特性 仿真 J.辽宁 工 程 技术 大 学学 报（自 然 科 学 版），2015，34(11):1303-1307.4

39、 张 力.矿用自 卸 车 行 驶 稳定性分析与 优化 D.长 沙：湖 南 大 学，2011 5 曲 俊 娜.铰 接 式 工 程 车 辆 动 态 侧 翻 稳定性研究 D.长 春：吉 林 大 学学 报，2013 6 罗 春 雷,陈 周伟,郑 惠斌,等.大 型 履 带 式 液 压 凿 岩 台 车 行 驶 特性分 析 J.计 算 机 仿真，2015,32(11):183-187,357 7 王庆 祥.煤 矿 大 吨 位 铰 接 式 自 卸 车 行 驶 稳定性分析与 优化 J.煤 炭 工 程,2017，49(12):17-21.8 曹 源 文,陈 作,赵 江,等.多 路 况 下 轮 式 装 载 机 行

40、驶 稳定性研究 J.重 庆 交 通 大 学学 报（自 然 科 学 版）,2021，40(5):140-146.9 徐 向 阳,艾 星,宋 朝 省,等 基于 动 态 横 向 转 移 载荷 的 轮 式 装 载 机 侧 倾 稳定性研究 J.振 动 与 冲击,2020，39(10):163-169,214.10 葛 文 庆,刘 德 传,王 位元,等 某 越 野 型 拖 挂 式 房 车 行 驶 稳定性分 析与 优化 J.科 学 技术 与 工 程,2018，18(36):125-131.11 陈 晋 市,郑 琦,霍 东阳,等 桥 荷 分 配 对 轮 式 滑 移 装 载 机 行 走 系 统 性 能 的影响

41、J.吉 林 大 学学 报（工 学 版）,2020，50(4):1235-1244.12 刘 刚,张 子 达 铰 接 式 车 辆 行 驶 稳定性的 理 论 分析与数值 计 算 J.吉 林 大 学学 报,2004(3):367-372.13 张 战 文,杨福 增,张 振 平 履 带 式 拖 拉 机 坡 道 行 驶 稳定性分析 J.农 业 装 备 与 车 辆 工 程,2010（11）:7-10.作 者简介：吴 家 乐（1985），内 蒙 古 呼 和 浩 特 人，工 程 师，从 事 煤 矿 机 电 设 备 维 修 及 管 理工作，电 子信 箱：.责 任编辑：李 景 奇 收 稿日期：20 220 4 09第 42卷第 03期 Vol.42 No.03 煤 矿 履 带 式 锚 杆 机 行 驶 稳定性分析与 优化 吴 家 乐，等 工 况 极限 翻 倾 角/（）空 载 上 坡 34空 载 下 坡 14满 载 上 坡 28满 载 下 坡 171231234空 载 上 坡 空 载 下 坡 满 载 上 坡 满 载 下 坡 工 况 改 造 前 改 造 后 极 限 翻 倾 角/（）403020100285