螺旋提斗式多功能清倉機(jī)的設(shè)計

馬海紅

（山西新景礦煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西陽泉 045000）

0 引言

在采煤時，產(chǎn)生的廢水會攜帶碎煤和其他雜物流到水倉中，這給礦井帶來了水害的安全隱患。礦用螺旋提斗式多功能清倉機(jī)是專門用于對礦井中水倉進(jìn)行清挖處理的專用器具，也是整個礦井保持整潔的主要設(shè)備，其主要功能是將沉積在水倉中的干煤泥和稀煤泥先進(jìn)行收集匯總，再經(jīng)過輸送到指定地點。該設(shè)備解放了礦工的生產(chǎn)力，減少了礦工的勞動強(qiáng)度，使繁重的體力勞作轉(zhuǎn)向了機(jī)械化生產(chǎn)，并且能夠滿足遠(yuǎn)距離的管道運輸，提高了水倉處理速度[1-2]?，F(xiàn)有的同類產(chǎn)品大多主要用于輸送稀煤泥，并不能同時遠(yuǎn)距離處理干煤泥和稀煤泥，這就導(dǎo)致了礦井水倉清理的低工作效率和高勞動強(qiáng)度。

1 螺旋提斗式多功能清倉機(jī)的結(jié)構(gòu)特點

螺旋提斗式多功能清倉機(jī)主要有電動機(jī)、水泵、清挖集裝箱、輸送皮帶、輸送泵、履帶、司機(jī)操作臺。考慮到大多數(shù)礦井的地質(zhì)情況，為滿足我國大多數(shù)生產(chǎn)礦井的投入使用，綜合設(shè)計的主要參數(shù)如下：運送量至少為30 m3∕h，直線運行距離至少為800 m，考慮到礦井上下坡的高度差，垂直輸送距離至少需達(dá)到50 m，螺旋的上下極限值范圍為600 mm，最大可達(dá)到500 mm。結(jié)合礦井的實際情況，速度設(shè)置為7 m∕min，可適應(yīng)的上坡度為16°，下坡度為18°，適應(yīng)于多數(shù)巷道斷面，總重量小于8 000 kg。

1.1 多功能清倉機(jī)動力系統(tǒng)

清倉機(jī)在礦井中進(jìn)行廢棄物料集輸主要由隔爆電動機(jī)控制液壓泵來提供生產(chǎn)動力。該液壓泵為礦井專用，采用三連軸運移，包括主泵和輔泵，主泵為柱塞泵，所提供的動力可進(jìn)行無極調(diào)節(jié)，能適應(yīng)各種各樣的工況，而輔泵是齒輪泵，它的功能主要用于清倉機(jī)的行走和移動以及為清倉機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各種機(jī)構(gòu)提供液壓油[3-4]。多功能清倉機(jī)示意圖如圖1所示。

1.2 清挖處理儲集系統(tǒng)

通過螺旋產(chǎn)生的慣性力箱輸送機(jī)進(jìn)行物料匯集，然后將物料轉(zhuǎn)移到下一個轉(zhuǎn)運輸送泵或通過下一節(jié)輸送皮帶進(jìn)行轉(zhuǎn)運。另外，設(shè)置了水倉內(nèi)物料堆積高度監(jiān)測裝置來判斷水倉內(nèi)的裝料情況，通過水倉內(nèi)的螺旋機(jī)構(gòu)上下旋轉(zhuǎn)，將水倉內(nèi)的匯集物料接連不斷地傳向下一提斗機(jī)系統(tǒng)。較之前礦井采用的傳統(tǒng)刮板輸送機(jī)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在使用的提斗式輸送機(jī)有著明顯的使用高效性和廣泛性，更有助于進(jìn)行稀煤泥的清挖運輸，同時也能有效處理干煤泥的清挖[5-6]。

圖1 螺旋提斗式多功能清倉機(jī)主要結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 輸送機(jī)

輸送管路適合輸送含水率在45%以上的稀煤，采取這種方式效率較高，因為此時的煤泥流動性好，經(jīng)過攪動后成稀狀，可以很便捷地運送到指定地點。而當(dāng)輸送的含水率小于30%時，此時煤泥的可塑性較差，這種情況不適合使用管路遠(yuǎn)距離運送，常常直接輸送至尾部的礦車中再進(jìn)一步轉(zhuǎn)移至合適的規(guī)定位置。

1.4 行走履帶和司機(jī)操作處

選用液壓行走履帶來推動清倉機(jī)主要是考慮到水倉內(nèi)的惡劣情況，而且設(shè)備在水倉內(nèi)總是需要不斷推動行走。司機(jī)操作處集合了各個操作控制器，司機(jī)能夠清楚掌握物料所處情況、狀態(tài)變化以及其他設(shè)備的變動和意外情況，從而能夠快速做出較為準(zhǔn)確的判斷并做出相應(yīng)的指令以進(jìn)行應(yīng)急操作[7]。

2 清倉機(jī)的工作原理

2.1 設(shè)備運行過程

清倉機(jī)啟動后，電動機(jī)驅(qū)動鏈條及提斗倉開始運作，同時，鏈輪帶動螺旋設(shè)備開始物料旋轉(zhuǎn)進(jìn)行物料收集，集料設(shè)備上裝有兩個螺旋機(jī)構(gòu)，兩螺旋機(jī)反方向運轉(zhuǎn)將水倉中的物料向提斗機(jī)中央進(jìn)行匯集，然后提斗機(jī)工作沿槽斗將煤泥等輸送到尾部。運送的煤泥含水量較低時，直接輸送到尾部的礦車中，礦車把干煤泥運到指定位置。而當(dāng)運送水分較大的煤泥時，需要先降低水分再處置，具體實施方法是通過液壓泵將煤泥漿抽到高壓管中，經(jīng)過高壓煤泥輸送管配送到規(guī)定地點。在整個設(shè)備運作過程中，設(shè)備的移動和提斗機(jī)的升降協(xié)調(diào)配合運行，這樣就能順利完成水倉的清理工作。

具體實施過程中，液壓履帶行走需要和旋轉(zhuǎn)式提斗輸送機(jī)相協(xié)調(diào)配合，這樣才能源源不斷地將水倉內(nèi)的煤漿等物料收集輸送到合適的地點，從而完成整套系統(tǒng)的運作和水倉的清理工作。按照設(shè)計運輸量，多動能清倉機(jī)平均裝滿一輛5t的礦車需要10 min左右，如果是3 t的礦車耗時將會更短。和人工勞動對照，該設(shè)備實現(xiàn)了一體化作業(yè)，使速度得到了極大地提高，有效改善了清倉清理的惡劣作業(yè)環(huán)境。

2.2 液壓系統(tǒng)原理

液壓系統(tǒng)動力依靠電機(jī)控制液壓泵和高壓液壓油，考慮到水倉內(nèi)物料堆積和距離的變動較大，而且礦井下對設(shè)備的防塵防爆要求，所以這種液壓油驅(qū)動較為可靠合理，安全性高，而且能適應(yīng)復(fù)雜多變的井下條件。物料的集輸和方向的控制都由液壓自動轉(zhuǎn)換，司機(jī)只需負(fù)責(zé)根據(jù)現(xiàn)場物料堆積情況改變行車路線即可，大大解放了人力，并提高了工作效率。當(dāng)裝運物料為較濕煤泥時，需要經(jīng)由泵抽出經(jīng)過高壓管先盡可能去除水分，達(dá)到干煤泥的標(biāo)準(zhǔn)要求后裝入礦車。

3 清倉機(jī)的設(shè)計與選型

3.1 清倉機(jī)驅(qū)動功率設(shè)計

清倉機(jī)輸送量Q的計算：

其中，Q為輸送量，m3∕h；i為倉內(nèi)體積，m3；v為設(shè)備運行速度，m∕s；n為系數(shù)；d為料斗間距，m。以山西晉城海天礦為例，代入數(shù)據(jù)工況計算，其中i為5 m3，v取3 m∕s，n為0.8，d為1.2 m，則輸送量為為40 m3∕h。

驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速n的計算：

其中，s為驅(qū)動鏈輪直徑，m，以該礦實際情況為例，s為0.1 m，得n為9.5 r∕s。故根據(jù)計算結(jié)果設(shè)定輸送量Q為40 m3，驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速為n為9.5 r∕s，該設(shè)計結(jié)果能夠符合設(shè)計要求。

3.2 現(xiàn)場運行

根據(jù)實際情況代入相關(guān)參數(shù)，即可設(shè)定所需輸送系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計數(shù)據(jù)，這樣通過對比設(shè)計要求能完成對礦井螺旋提斗式多功能清倉機(jī)的設(shè)計與改進(jìn)。本研究經(jīng)過計算最終選用MQC-30型多功能清倉機(jī)，技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 MQC-30型多功能清倉機(jī)主要參數(shù)

自2017年10月該套設(shè)備在山西海天煤業(yè)進(jìn)行了為期半個月的現(xiàn)場試驗，運行結(jié)果表明，設(shè)備在使用時效果良好，在實驗期間，共清理煤泥水180 t左右。而且，該機(jī)器移動靈活，可操作性強(qiáng)，作業(yè)高效，具備很好的現(xiàn)場應(yīng)用價值。

4 結(jié)語

本設(shè)計中清挖集料和設(shè)備驅(qū)動均采用液壓油驅(qū)動，可充分適應(yīng)礦井水倉的工況變動和工作條件?？紤]到水倉內(nèi)物料濃度差距變化較大，所以提斗輸送是較為合理可行的輸送方式[8]。礦井螺旋提斗式多功能清倉機(jī)要適應(yīng)輸送的角度在一個變化的范圍內(nèi)，設(shè)計主要參照的是當(dāng)清倉機(jī)處在低位時的角度，因為當(dāng)物料處于較高位置時。由于水的性質(zhì)和物料自身的重力，煤泥等物料會較干，可直接運入礦車進(jìn)行輸送，對設(shè)備的設(shè)計影響較小。

理論研究和實踐經(jīng)驗表明，此次設(shè)計的螺旋提斗式多功能清倉機(jī)設(shè)計科學(xué)，結(jié)構(gòu)簡單合理，安全可靠性高；采用雙螺旋反方向運轉(zhuǎn)向中間匯集的集料方式，和分段槽斗輸送方式配合液壓電機(jī)提供動力系統(tǒng)，能夠有效實現(xiàn)水倉的機(jī)械化清理；另外，履帶式系統(tǒng)的行走設(shè)計，能夠適應(yīng)礦井下的惡劣環(huán)境，而且爬坡能力強(qiáng)，制動性能好，不會出現(xiàn)剎車后的較大慣性滑行距離；液壓泵的組合使用，使該機(jī)能夠連續(xù)運輸煤泥。井下使用表明，該設(shè)備不易損壞，維修方便，適應(yīng)能力強(qiáng)，清倉效率高，能夠極大地減輕礦工的勞動強(qiáng)度。礦井螺旋提斗式多功能清倉機(jī)的研制具有很大的礦井生產(chǎn)實用價值，并能夠推廣到其他礦井的使用。