掘進機支重輪設計

摘 要：簡要介紹了煤礦井下懸臂式掘進機支重輪的結(jié)構(gòu)及其工作原理，分析了普通支重輪使用過程中存在的問題，并提出了相應的解決方案。通過跟蹤試驗最終設計出了適合煤礦井下應用的新型支重輪，以期為日后的相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：懸臂式掘進機；支重輪；履帶行走機構(gòu)；使用性能

中圖分類號：TD421.5 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.083

支重輪作為掘進機履帶行走機構(gòu)中的重要組成部分，其使用性能直接影響著整機的行走性能。目前，掘進機中使用的支重輪大多沿用地面工程機械使用的普通支重輪。由于工程機械所處施工環(huán)境的地面較為平整，因此，大多使用組合式履帶，采用鏈軌加履帶板連接成整條履帶，而與支重輪接觸并對它有導向作用的是鏈軌。支重輪寬度基本與鏈軌寬度一致，因為鏈軌較窄，所以，支重輪大多也比較窄。但是，井下路面條件比較惡劣，掘進機是應用于巷道開拓迎頭的。尤其是在巖巷的掘進工程中，掘進機的整條履帶長期在巖石料堆內(nèi)移動，使用鏈軌履帶很容易出現(xiàn)單個履帶板端部受力導致彎曲斷裂的情況。由此可知，組合式履帶板不適用于重型巖巷掘進機上。現(xiàn)階段，將井下掘進機履帶板設計為整體式履帶板，取消了鏈軌，將履帶板直接與支重輪接觸并進行導向。與原來的組合式履帶相比，整體式履帶板的強度和剛度都有所提高，在設計合理的情況下，完全避免了彎曲和斷裂的情況發(fā)生。

1 支重輪和整體式履帶板結(jié)構(gòu)

由圖1可知，該結(jié)構(gòu)采用履帶導向塊與導向輪、導向槽配合導向。當設備直線行駛時，導向輪受到的側(cè)向力較小，其受力主要是與履帶的接觸應力。計算接觸應力后，可以根據(jù)所需表面應力對導向輪表面進行熱處理，一般使用表面淬火的方式提高導向輪的表面應力。在設備調(diào)動或轉(zhuǎn)彎時，履帶與地面的側(cè)向摩擦力會轉(zhuǎn)化為導向輪、導向槽與履帶導向塊之間的側(cè)向力。在特殊情況下，可能局部幾個導向輪就可以承受整機的牽引力反力，因此，導向輪內(nèi)部側(cè)向需注意增加滑動摩擦副，以保證導向輪的側(cè)向應力。導向輪潤滑一般采用稀油潤滑，由于它位于履帶最底端，基本長期處于煤泥水中，所處環(huán)境較為惡劣，所以，采用浮動油封，密封面為鋼對鋼的摩擦，使其能更好地適應外界較差的環(huán)境。為了及時補充潤滑油，導向輪上還需增設注油孔，但是，考慮到井下注油的便利性，最好將注油孔設計為傾斜孔。

2 使用過程中存在的問題

將支重輪應用于掘進機后，原來履帶的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，大大降低了阻力系數(shù)，有效提高了整機牽引力，大幅提高了整機的爬坡能力和轉(zhuǎn)彎能力，有效解決了整機的動力性問題。但是，因為掘進機的使用條件比較復雜，所以，普通支重輪長期應用于井下會出現(xiàn)與地面工程機械不一樣的問題。

由于井下履帶長期處于巖石物料內(nèi)，支重輪與履帶間有一定的間隙，因此，在前后行走時，較大塊的石料都會進入鉆機履帶側(cè)面的間隙，進而加劇履帶與支重輪之間的磨損。使用該設備一年后發(fā)現(xiàn)，履帶導向塊磨損嚴重，導向塊高度由正常的25 mm降到不到10 mm，導向槽的寬度也增大了，整條履帶的導向性降低，履帶相對履帶架整體偏移，極易脫軌。鑒于此，針對井下的特殊條件，進一步改進了敞開式履帶行走機構(gòu)導向。

3 技術(shù)改進

鑒于敞開式履帶行走機構(gòu)支重輪和履帶內(nèi)側(cè)易進物料，需從原理上防止物料從側(cè)面進入履帶內(nèi)側(cè)，即需在履帶外側(cè)增加導向塊，去掉中間導向。這樣，導向輪無需繼續(xù)導向，將外圓面做成一個整體，一方面，可以降低表面接觸應力，提高耐磨性；另一方面，可以大大降低側(cè)向力，將施加于履帶上的側(cè)向力轉(zhuǎn)移到履帶架上。改進后的導向輪和履帶如圖2所示。

4 試驗結(jié)果

在平煤股份十三礦檢測了改進后的導向輪后發(fā)現(xiàn)，在全巖巷道下，使用該設備一年，總計進尺1 100 m左右，行走導向輪和履帶導向自如，無偏移情況發(fā)生。由于導向輪無導向槽，導向輪基本不受側(cè)向力，所以，導向輪在整個使用過程中基本無磨損。同時，履帶與履帶架處于一個面接觸，接觸表面應力比較低，有效減緩了履帶導向塊的磨損，使封閉式導向輪設計完全滿足使用需求。

作者簡介：楊春海（1980—），男，山西代縣人，副研究員。

〔編輯：白潔〕