帶式輸送機(jī)伸縮機(jī)身牽引裝置研究

寧夏天地西北煤機(jī)有限公司 石嘴山 753000

0 引言

王國法院士在智能綜采系統(tǒng)評價(jià)指標(biāo)中提出，帶式輸送機(jī)采用智能張緊、可折疊伸縮機(jī)尾，使配套自移機(jī)尾在跟進(jìn)一定長度時(shí)，無需實(shí)時(shí)補(bǔ)充正常支撐機(jī)身，實(shí)現(xiàn)機(jī)尾連續(xù)跟進(jìn)運(yùn)輸[1]。目前伸縮機(jī)身通常采用絞車牽引，每次需要移動絞車并錨固，不能連續(xù)牽引，效率較低，且牽引絞車采用柔性鋼絲繩拖拉，只能承受拉力，而帶式輸送機(jī)工作的巷道較為復(fù)雜時(shí)，伸縮機(jī)身出現(xiàn)反向受力的情況，用單臺絞車牽引無法實(shí)現(xiàn)，若布置兩臺絞車前后拖拉，不但成本較高，且協(xié)同控制復(fù)雜。為改變上述的情況，本文研究了一種新型摩擦式牽引裝置，提高了伸縮機(jī)身的牽引效率，降低了人員勞動強(qiáng)度。

1 主要結(jié)構(gòu)及原理

伸縮機(jī)身牽引裝置系統(tǒng)布置如圖1所示，主要包括伸縮機(jī)身、軌道、牽引裝置、上輸送帶、下輸送帶、自移機(jī)尾等。初始狀態(tài)時(shí)，伸縮機(jī)身全部壓縮至最短，布置在自移機(jī)尾之后，通過緩沖液壓缸與其連接，隨著掘進(jìn)工作面的推進(jìn)，掘進(jìn)帶式輸送機(jī)配套的自移機(jī)尾會自動跟進(jìn)，拖動伸縮機(jī)身逐步自動展開至最長，此時(shí)伸縮機(jī)身再次縮短時(shí)，為了提高工作效率，降低作業(yè)強(qiáng)度，需要依靠本文研究的摩擦牽引裝置驅(qū)動。

圖1 伸縮機(jī)身牽引裝置工藝系統(tǒng)布置原理圖

摩擦牽引裝置工作原理如圖2所示，主要包括夾帶液壓缸、上輸送帶、傳動滾筒、抬滾、下輸送帶、牽引機(jī)架等。夾帶液壓缸筒一端與牽引機(jī)架通過銷軸連接，活塞桿一端與抬滾座連接，抬滾固定于抬滾座之上，平行布置在下輸送帶之下，傳動滾筒固定在牽引機(jī)架之上，位于上、下輸送帶之間，由液壓馬達(dá)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，在非工作狀態(tài)時(shí)，傳動滾筒與輸送帶不接觸，抬滾與傳動滾筒之間的距離在夾帶液壓缸作用下可上下移動。在驅(qū)動伸縮機(jī)身時(shí)，夾帶液壓缸收縮，帶動下部抬滾向上運(yùn)動，與傳動滾筒夾緊下輸送帶，并使下輸送帶在傳動滾筒上形成不小于120°的包絡(luò)角。液壓馬達(dá)驅(qū)動傳動滾筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，則摩擦牽引裝置以下輸送帶為支點(diǎn)，順輸送帶前移，推動伸縮機(jī)身收縮至最短，效率較高，且在伸縮機(jī)身出現(xiàn)機(jī)械卡死時(shí)，摩擦牽引裝置會打滑，自動保護(hù)機(jī)械連桿不受破壞。

圖2 摩擦牽引裝置原理

由于井下巷道工況較為復(fù)雜，伸縮機(jī)身及牽引裝置在移動時(shí)，易出現(xiàn)跑偏，因此在傳動滾筒及上托輥架兩側(cè)設(shè)置有擋盤，結(jié)構(gòu)如圖3所示。當(dāng)兩個(gè)抬滾與傳動滾筒夾緊下輸送帶驅(qū)動運(yùn)行時(shí)，由于下輸送帶承受張力較大，具有一定的剛性，擋盤可以限制橫向位移，使驅(qū)動裝置沿著輸送帶運(yùn)行防止其偏離中線。在帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，即牽引裝置非工作狀態(tài)時(shí)，夾帶液壓缸伸出，推動抬滾向下運(yùn)動，使傳動滾筒與下輸送帶脫離，抬滾最終相當(dāng)于托輥，只拖住下輸送帶。

圖3 摩擦牽引裝置截面圖

2 牽引裝置設(shè)計(jì)計(jì)算

摩擦牽引裝置的牽引力即為伸縮機(jī)構(gòu)的運(yùn)行阻力，受力簡圖如圖4所示，按照極限坡度16°計(jì)算，主要承受傾斜阻力、滾動摩擦阻力、輸送帶與托輥的線性摩擦阻力、銷軸旋轉(zhuǎn)阻力。由于伸縮機(jī)身展開最大長度約45 m，在牽引裝置驅(qū)動過程中輸送機(jī)不受物料壓力，伸縮機(jī)身自身托輥與輸送帶的線性摩擦阻力可忽略不計(jì)。另由于伸縮機(jī)身伸縮時(shí)，每個(gè)鉸接單元為獨(dú)立運(yùn)行，即一個(gè)單元運(yùn)動到極限位置時(shí)下一個(gè)單元才會運(yùn)動，銷軸旋轉(zhuǎn)阻力不會疊加，該部分阻力也可忽略，主要運(yùn)行阻力為

圖4 負(fù)載運(yùn)行阻力分析

式中：G為伸縮機(jī)身總質(zhì)量；μ為伸縮機(jī)身與軌道滾動摩擦系數(shù),取μ=0.1；α為伸縮機(jī)身極限坡度傾角，取α=16°。

摩擦牽引裝置的核心計(jì)算在于輸出牽引力的確定，在工作狀態(tài)時(shí)，下輸送帶在傳動滾筒之上形成了120°的圍包角，牽引力的傳遞符合歐拉公式

式中：FU為牽引裝置牽引力；T2為驅(qū)動滾筒傳送帶遠(yuǎn)離點(diǎn)張力；μ為輸送帶與包膠傳動滾筒摩擦系數(shù)，取μ=0.35；φ為輸送帶在驅(qū)動滾筒之上的包絡(luò)角，取φ=120°。

由于伸縮機(jī)身及牽引裝置安裝于帶式輸送機(jī)靠近尾部處，驅(qū)動滾筒輸送帶繞出點(diǎn)張力T2與尾部滾筒張力近似相等，而掘進(jìn)配套帶式輸送機(jī)尾部滾筒張力一般都在40 000 N以上，故牽引裝置牽引力至少在43 000 N以上，完全滿足伸縮機(jī)身的動力需求。

若將牽引裝置中的下抬滾設(shè)置為1個(gè)，在夾帶液壓缸的作用下，抬滾與傳動滾筒直接夾緊下輸送帶，則牽引力為

式中：FU＇為牽引裝置牽引力；FN為夾帶液壓缸作用力。

通過對比式（2）和式（3）計(jì)算結(jié)果可知，式（2）的牽引力明顯優(yōu)于式（3），在按照歐拉公式傳遞牽引力時(shí)，即使出現(xiàn)打滑，增大驅(qū)動滾筒輸送帶繞出點(diǎn)張力即可增大牽引力。而按照經(jīng)典力學(xué)式（3）計(jì)算牽引力時(shí)，增大正壓力轉(zhuǎn)化成牽引力的效率較低，若液壓缸提供的正壓力過大，反而對牽引機(jī)架與滾筒受力不利。因此可見本文所研究的牽引裝置，結(jié)構(gòu)合理，能夠傳遞的牽引力較大。

3 牽引裝置特點(diǎn)

摩擦牽引裝置與伸縮機(jī)身及快掘邁步式自移機(jī)尾配合使用，在煤礦巷道掘進(jìn)一定范圍內(nèi)，不增加帶式輸送機(jī)機(jī)身，解決了掘進(jìn)工作面運(yùn)輸帶式輸送機(jī)跟進(jìn)效率滿的技術(shù)難題，具有如下特點(diǎn)：

1）牽引裝置以輸送帶為支點(diǎn)，輸出牽引扭矩不受地面工況條件的限制，牽引扭矩大；

2）牽引裝置以輸送帶為導(dǎo)向，沿下輸送帶前移，不易偏離中心線；

3）牽引裝置依靠摩擦傳動，出現(xiàn)機(jī)械卡死時(shí)自動打滑，能有效地保護(hù)伸縮機(jī)身不受損壞；

4）牽引裝置在輸出牽引力時(shí)，夾緊承受張力的下輸送帶可正反旋轉(zhuǎn)，即可雙向受力，能適應(yīng)凹凸起伏的復(fù)雜巷道；

5）牽引裝置不需要打錨固點(diǎn)，工作效率高，人員勞動強(qiáng)度低。

4 結(jié)語

帶式輸送機(jī)伸縮機(jī)身牽引裝置，巷道適應(yīng)性強(qiáng)、工作效率高、輸出牽引力大、不易出現(xiàn)跑偏、人員勞動強(qiáng)度低，能夠解決現(xiàn)代化礦井巷道快速掘進(jìn)時(shí)配套帶式輸送機(jī)跟進(jìn)速度不匹配的技術(shù)難題，有助于推動礦井向高產(chǎn)高效、智能化等方向發(fā)展。