掘進(jìn)機(jī)部件中運(yùn)輸機(jī)的分析研究

□韓保材　□李　鋼

北鋼管業(yè)（營(yíng)口）有限公司　遼寧營(yíng)口　115007

掘進(jìn)機(jī)部件中運(yùn)輸機(jī)的分析研究

□韓保材□李鋼

北鋼管業(yè)（營(yíng)口）有限公司遼寧營(yíng)口115007

介紹了我國(guó)煤機(jī)發(fā)展思路和掘進(jìn)機(jī)的主要功能、特點(diǎn)、組成。重點(diǎn)闡述了掘進(jìn)機(jī)部件中運(yùn)輸機(jī)的用途、構(gòu)造及相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算等，其結(jié)果對(duì)煤礦機(jī)械中的掘進(jìn)機(jī)、裝煤機(jī)及其它類似設(shè)備運(yùn)輸機(jī)部分的設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。

近年來(lái)，隨著我國(guó)煤炭行業(yè)的快速發(fā)展，與之密切相關(guān)的煤機(jī)行業(yè)也日益受到重視。全國(guó)煤炭工業(yè)科學(xué)技術(shù)大會(huì)及國(guó)家發(fā)改委出臺(tái)的煤炭行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策中，都涉及到發(fā)展大型煤炭井下綜合采煤設(shè)備等內(nèi)容。

掘進(jìn)和回采是煤礦生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，國(guó)家方針是采掘并重，掘進(jìn)先行。巷道的快速掘進(jìn)是煤礦保證礦井高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)措施，采掘技術(shù)［1］及其裝備水平直接關(guān)系到煤礦生產(chǎn)的能力和安全。高效機(jī)械化掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)是保證礦井實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的必要條件，也是巷道掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展方向。目前，高效機(jī)械化掘進(jìn)行之有效的大型設(shè)備主要是掘進(jìn)機(jī)。

1　掘進(jìn)機(jī)的組成及特點(diǎn)

掘進(jìn)機(jī)［2］是用于開鑿平直地下巷道的機(jī)器，主要由行走機(jī)構(gòu)、運(yùn)輸機(jī)［3］、鏟板裝運(yùn)部、后支撐、本體、截割部、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成。隨著行走機(jī)構(gòu)向前推進(jìn)，工作機(jī)構(gòu)中的截割頭不斷破碎巖石或煤炭，并通過(guò)運(yùn)輸機(jī)將碎巖或煤炭運(yùn)走。掘進(jìn)機(jī)有安全、高效、節(jié)省人力和成巷質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，但造價(jià)大，構(gòu)造復(fù)雜，損耗也較大。

2　運(yùn)輸機(jī)的用途

運(yùn)輸機(jī)作為掘進(jìn)機(jī)的主要組成部分，主要作用是將截割頭破碎下的巖石或煤炭通過(guò)鏟板裝運(yùn)部輸送到運(yùn)輸機(jī)中，再向下一級(jí)輸送。在必要情況下，運(yùn)輸機(jī)后可以掛載第二運(yùn)輸機(jī)，使煤礦下開鑿巷道的物料直接輸送到地面，大大減小了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了物料運(yùn)輸效率，并相對(duì)減少了事故。

3　運(yùn)輸機(jī)的構(gòu)造

運(yùn)輸機(jī)主要由刮板鏈、前溜槽、后溜槽、驅(qū)動(dòng)裝置、張緊裝置、鏈條擋板六大部分組成，主要結(jié)構(gòu)如圖1所示［4］。

圖1　運(yùn)輸機(jī)

3.1刮板鏈

刮板鏈由刮板、礦用圓環(huán)鏈、開口式連接環(huán)、螺栓、螺母及墊圈等組成。其中刮板采用高耐磨鋼24Mn2K，礦用圓環(huán)鏈符合煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT/T 71— 1997，開口式連接環(huán)符合國(guó)標(biāo)GB/T 12718—2001。刮板鏈的主要作用是在驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行物料運(yùn)輸傳送，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　刮板鏈

3.2前溜槽

為了便于運(yùn)輸及組裝，運(yùn)輸機(jī)主體分為前后溜槽兩部分，均為焊接件［5］，其結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。

圖3　前溜槽

3.3后溜槽

后溜槽與前溜槽通過(guò)螺栓、螺母、定位銷連接，形成整個(gè)運(yùn)輸機(jī)主體。驅(qū)動(dòng)裝置及張緊裝置等安裝在后溜槽上，是整個(gè)運(yùn)輸機(jī)的框架部分，負(fù)責(zé)承載物料，其結(jié)構(gòu)形式如圖4所示。

圖4　后溜槽

3.4驅(qū)動(dòng)裝置

驅(qū)動(dòng)裝置為運(yùn)輸機(jī)的動(dòng)力傳動(dòng)裝置，主要由電機(jī)［6］、驅(qū)動(dòng)架、電機(jī)座、驅(qū)動(dòng)軸、鏈輪等組成。電機(jī)連接到電機(jī)座上，電機(jī)輸出軸與驅(qū)動(dòng)軸通過(guò)花鍵連接，驅(qū)動(dòng)軸又與鏈輪［7］連接，從而將電機(jī)動(dòng)力傳輸?shù)芥溳喩?。鏈輪帶?dòng)刮板鏈旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行物料運(yùn)輸。驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)形式如圖5所示。

圖5　驅(qū)動(dòng)裝置

3.5張緊裝置

張緊裝置調(diào)整刮板鏈松緊程度，驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)油缸［8］及彈簧調(diào)整墊等綜合調(diào)整鏈條松緊程度。當(dāng)調(diào)整時(shí)，油缸快速接頭連接外部供油管道使活塞桿伸出，張緊到適度時(shí)停止注油。此時(shí)活塞桿前端間隙用調(diào)整墊墊好，以防再次松動(dòng)，同時(shí)彈簧［9］還能起到減振緩沖的作用。張緊裝置結(jié)構(gòu)形式如圖6所示。

3.6鏈條擋板

鏈條擋板為焊接件，用螺釘固定在前后溜槽側(cè)面，預(yù)防鏈條跳鏈、傳動(dòng)不平穩(wěn)，確保鏈條及刮板按設(shè)計(jì)最佳軌跡運(yùn)行。

圖6　張緊裝置

4　運(yùn)輸機(jī)參數(shù)計(jì)算

4.1運(yùn)輸機(jī)生產(chǎn)能力計(jì)算

式中：Q為生產(chǎn)能力，m3/min；F為輸送機(jī)輸送物料斷面積，m2；V為刮板鏈鏈速，m/min，（V=2πRn，R為鏈輪節(jié)圓半徑，m；n為電機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min）；ψ為裝滿因數(shù)，與運(yùn)輸機(jī)的角度有關(guān)，13°左右時(shí)可取值0.5。

4.2運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸阻力計(jì)算

4.2.1物料受力分析示意圖［10］

物料受力分析如圖7所示，圖中，F(xiàn)=Gsinβ，N=Gcosβ。

圖7　物料受力分析示意圖

4.2.2物料運(yùn)輸阻力計(jì)算

式中：μ為摩擦因數(shù)。

式（2）得出的為單位長(zhǎng)度內(nèi)物料或刮板鏈產(chǎn)生的阻力，對(duì)于整個(gè)運(yùn)輸機(jī)而言，需乘以有效運(yùn)料長(zhǎng)度L。

4.2.3運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸阻力計(jì)算

通過(guò)式（1）、式（2）的分析計(jì)算，可知運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸?shù)淖枇χ饕獮檫\(yùn)輸物料及刮板鏈、刮板自重所產(chǎn)生的阻力，所以運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸阻力為：式中：Wz為運(yùn)輸阻力，N；q為溜槽中單位長(zhǎng)度煤質(zhì)量，kg（煤密度取d=0.85 t/m3，q=F×d×1 000，F(xiàn)為輸送機(jī)截面積，m2）；q0為刮板鏈、刮板在溜槽中每米的質(zhì)量，kg；L為運(yùn)輸機(jī)長(zhǎng)度，m；β為運(yùn)輸機(jī)傾斜角度（根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)情況而定）；f1為刮板鏈在溜槽中的移動(dòng)阻力因數(shù)，雙鏈、有導(dǎo)向一般取0.25；W'為煤在溜槽中的移動(dòng)阻力因數(shù)，一般取0.8。

4.3電機(jī)提供給刮板鏈的牽引力驗(yàn)算

式中：D為驅(qū)動(dòng)鏈節(jié)圓直徑，m；Mn為電機(jī)輸出扭矩，N·m；ηv為油泵容積效率，可根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)和相關(guān)產(chǎn)品說(shuō)明書進(jìn)行查詢；ηm為電機(jī)效率，可根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)和相關(guān)產(chǎn)品說(shuō)明書進(jìn)行查詢。

4.4結(jié)論

按實(shí)際設(shè)計(jì)將各參數(shù)帶入上述公式，如果算出結(jié)果F＞W(wǎng)z，說(shuō)明設(shè)計(jì)合格（在實(shí)際情況中需考慮相應(yīng)的安全因數(shù)）；如果F≤Wz，則要對(duì)電機(jī)參數(shù)或機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行部分調(diào)整，以滿足相關(guān)設(shè)計(jì)要求，確保所設(shè)計(jì)出的設(shè)備運(yùn)行安全可靠。

5　結(jié)束語(yǔ)

在煤礦井下對(duì)所設(shè)計(jì)的掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，其運(yùn)輸機(jī)部分安全可靠，運(yùn)載能力強(qiáng)，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)，符合煤礦實(shí)際生產(chǎn)要求。目前，此設(shè)備已量產(chǎn)，這一運(yùn)輸機(jī)結(jié)構(gòu)形式及計(jì)算公式對(duì)相關(guān)類似產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

［1］朱嘉安.采掘機(jī)械和運(yùn)輸［M］.2版.北京：冶金工業(yè)出版社，2008.

［2］龔秋明.掘進(jìn)機(jī)隧道掘進(jìn)概論 ［M］.北京：科學(xué)出版社，2014.

［3］黃學(xué)群，唐敬麟，欒桂鵬.運(yùn)輸機(jī)械選型設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

［4］劉永田，金樂(lè).機(jī)械制圖基礎(chǔ)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.

［5］中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè)焊接結(jié)構(gòu) ［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

［6］王積偉，章宏甲，黃誼.液壓傳動(dòng)［M］.2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［7］王義行.鏈輪設(shè)計(jì)制造應(yīng)用手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.

［8］聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［9］秦大同，謝里陽(yáng).現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：?jiǎn)涡斜尽獜椈稍O(shè)計(jì)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

［10］鐘錫華，周岳明.大學(xué)物理通用教程：力學(xué)［M］.北京：北京大學(xué)出版社，2010.

Described the ideas for development ofcoal miningmachine and its main functions and characteristics and composition.Focused on the use and configuration of the transporter for tunneling machine assemblies and related design calculation.Its findings have some reference value in design of entry-driving machine，coal loader and conveyor machines for other similar equipment.

掘進(jìn)機(jī)；運(yùn)輸機(jī)；結(jié)構(gòu)；計(jì)算

Entry-driving Machine；Transporter；Structures；Calculation

TH111；TD421

A

1672-0555（2016）02-064-04

2016年1月

韓保材（1981—），男，本科，機(jī)械工程師，主要從事掘進(jìn)機(jī)、通井機(jī)、裝煤機(jī)、制管設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)，及埋弧直縫焊管生產(chǎn)、設(shè)備管理、工藝制定等工作