掘進(jìn)機(jī)第一運(yùn)輸機(jī)防卡鏈裝置的設(shè)計(jì)分析

任 煜

（王村煤業(yè)公司， 山西 大同 037000）

引言

掘進(jìn)機(jī)第一運(yùn)輸機(jī)卡鏈故障經(jīng)常出現(xiàn)在第一運(yùn)輸機(jī)被懸臂式使用時，對生產(chǎn)效率與連續(xù)性有很大的影響。因此，分析了第一運(yùn)輸機(jī)出現(xiàn)卡鏈故障的主要原因，設(shè)計(jì)了第一運(yùn)輸機(jī)的防卡鏈裝置，設(shè)計(jì)與驗(yàn)證分析的有限元和理論計(jì)算，可為解決掘進(jìn)機(jī)第一運(yùn)輸機(jī)卡鏈故障提供參考。

1 常規(guī)第一運(yùn)輸機(jī)出現(xiàn)卡鏈的原因

第一運(yùn)輸機(jī)是掘進(jìn)機(jī)的主要構(gòu)成部分，其工作效率會對掘進(jìn)機(jī)在井下的不間斷生產(chǎn)與運(yùn)輸效果有直接的影響。在第一運(yùn)輸機(jī)中卡鏈?zhǔn)欠浅Ｆ毡榈墓收?。圖1 即為常規(guī)第一運(yùn)輸機(jī)結(jié)構(gòu)圖，從圖1 可以看出，螺栓緊固把壓鏈板固定到溜槽上。當(dāng)掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)時，溜槽中有刮板鏈組件在第一運(yùn)輸機(jī)的驅(qū)動裝置推動下滑動，能夠控制溜槽內(nèi)刮板鏈組件的高度是壓鏈板，其作用是能夠避免刮板鏈組件有飄鏈等故障發(fā)生，由于壓鏈板在固定溜槽是使用了螺栓緊固，因此，壓鏈板的最底部和溜槽中板垂直，并且其距離是固定值不能調(diào)整。如果被運(yùn)輸?shù)奈锪鲜遣然蜻\(yùn)輸尺寸都比較大，刮板鏈組件就會被卡住，致使第一運(yùn)輸機(jī)有卡鏈發(fā)生，乃至?xí)豢ㄋ繹1-2]。

圖1 常規(guī)第一運(yùn)輸機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2 設(shè)計(jì)防卡鏈結(jié)構(gòu)

依據(jù)分析可以得知引起卡鏈的原因，通過改進(jìn)與完善第一運(yùn)輸機(jī)的構(gòu)造，改變連接溜槽和壓板鏈的方法，把之前的螺栓緊固變成調(diào)整油缸達(dá)到連接的目的。防卡鏈裝置在被改進(jìn)之后，并對其壓鏈板的最底部垂直于溜槽中板的距離進(jìn)行調(diào)整，按照物料的勃度和尺寸等狀況，能夠很好地預(yù)防其產(chǎn)生卡鏈現(xiàn)象，圖2 即為被改進(jìn)之后的防卡鏈裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖2 防卡鏈裝置結(jié)構(gòu)圖

在防卡鏈裝置內(nèi)，導(dǎo)向塊與溜槽的連接方式是焊接，兩個圓軸能夠使壓鏈板在所在的導(dǎo)向塊內(nèi)高低移動，調(diào)整油缸的上、下部分別經(jīng)過緊固螺栓、銷軸和溜槽、壓鏈板相聯(lián)接，壓鏈板的最底部垂直于溜槽中板的距離的調(diào)整能夠經(jīng)過改變調(diào)整油缸的運(yùn)動軌跡來完成[3-4]。

3 設(shè)計(jì)防卡鏈裝置的參數(shù)和校核強(qiáng)度

防卡鏈裝置改進(jìn)后會受到的作用力有驅(qū)動力FQ與運(yùn)輸阻力FZ。

把現(xiàn)存的某機(jī)型掘進(jìn)機(jī)的第一運(yùn)輸機(jī)作為案例，對第一運(yùn)輸機(jī)在最差時的工作狀況進(jìn)行模擬，就刮板鏈組件被卡死的情況來設(shè)計(jì)其參數(shù)與強(qiáng)度的校核。

3.1 設(shè)計(jì)的參數(shù)

1）運(yùn)輸阻力公式為：

式中：q0為刮板鏈組件在單位長度的質(zhì)量，取91 kg/m；L 為運(yùn)輸機(jī)的長度，取13 m；q 為運(yùn)輸機(jī)在單位長度物料運(yùn)輸?shù)钠骄|(zhì)量，取610 kg/m；W 為槽中的物料在移動時阻力系數(shù)，取0.8；β 為運(yùn)輸機(jī)的傾斜度數(shù)，取12°；f 代為槽中的刮板鏈組件在移動時的阻力系數(shù)，取-0.25。將數(shù)值帶入公式得出：Fz=82 214 N。

2）運(yùn)輸驅(qū)動力的公式為：

式中：n 為運(yùn)輸機(jī)中的馬達(dá)數(shù)量，取2；M 為電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩或運(yùn)輸機(jī)馬達(dá)，取8 818 Nm；R 為運(yùn)輸機(jī)驅(qū)動輪半徑，取0.14 m。將數(shù)值帶入公式得出：FQ=125 971 N。

3）調(diào)整油缸的拉力公式為：

式中：k 為調(diào)整油缸的數(shù)量，取2。將數(shù)值帶入公式得出FG=43 757 N。

4）單邊壓鏈板底部摩擦力最大值公式為：

將數(shù)值帶入公式得出：FM=21 878.5 N。

3.2 強(qiáng)度校核

依據(jù)上面設(shè)計(jì)的參數(shù)計(jì)算，建模是以其結(jié)果為基礎(chǔ)在Creo 上完成的，并使用有限元分析進(jìn)行校驗(yàn)。由于在運(yùn)行的時候調(diào)整油缸的運(yùn)行軌跡是不能調(diào)整的。所以，可以用圓棒代表調(diào)整油缸的模型，并對每個部件在防卡鏈裝置處在卡死的情況下的受力狀況。

ANSYS 里導(dǎo)入的是三維模型是被簡化之后的，并對以下參數(shù)進(jìn)行了設(shè)定：每個部件的泊松比、彈性模型和材料等。并把其劃分成網(wǎng)格，模型被劃分之后會有18 794 個節(jié)點(diǎn)，8 251 個網(wǎng)格數(shù)，全部約束著溜槽底部，其溜槽存在于防卡鏈裝置，與X 軸方向相同（與刮板鏈運(yùn)輸方向相同）的作用力21 878.5 N 作用到壓鏈板底部[5]。模塊Solution 在被點(diǎn)擊之后即能求解也計(jì)算，圖3 即為其結(jié)果。

圖3 防卡鏈裝置應(yīng)力和變形量有限元分析圖

依據(jù)分析ANSYS 模型的結(jié)果，表1 即為防卡鏈裝置每個部件應(yīng)力和變形量數(shù)值表。

表1 防卡鏈接裝置部件應(yīng)力和變形量數(shù)值表

從表2 中可以看出，設(shè)計(jì)防卡鏈裝置時，其安全系數(shù)要滿足所有的主要部件。

表2 防卡鏈接裝置主要部件材質(zhì)和安全系數(shù)表

4 結(jié)論

1）經(jīng)過分析認(rèn)為能夠致使掘進(jìn)機(jī)第一運(yùn)輸機(jī)卡鏈故障產(chǎn)生的原因是無法調(diào)整壓鏈板垂直于溜槽中板的距離，為此來改進(jìn)第一運(yùn)輸機(jī)的構(gòu)造，經(jīng)過把調(diào)整油缸安裝在溜槽，能夠改變壓鏈板底部垂直于溜槽中板的距離，把導(dǎo)向板焊接在溜槽上，能夠承受來自刮板鏈在運(yùn)行時所形成的摩擦力，預(yù)防調(diào)整油缸受到徑向力作用，保證調(diào)整油缸受到的力只是軸向力。

2）防卡鏈裝置被改進(jìn)后，對其創(chuàng)建了力學(xué)模型，并對其受力情況進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)了最重要的設(shè)計(jì)參數(shù)并進(jìn)行計(jì)算，防卡鏈裝置的三維模型的建立依據(jù)的是選擇的設(shè)計(jì)參數(shù)，分析有限元分析軟件內(nèi)導(dǎo)入的模型，而且分析的結(jié)果能夠滿足設(shè)計(jì)所需要的所有要求。