轉(zhuǎn)載機(jī)液壓旋轉(zhuǎn)活動(dòng)擋板的研制

牛強(qiáng)

（1.中煤張家口煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司；2.河北省高端智能礦山裝備技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 張家口 076250）

在煤礦井下綜采工作面，順槽刮板轉(zhuǎn)載機(jī)是與綜采工作面設(shè)備配套使用的順槽輸送設(shè)備，主要任務(wù)是把工作面輸送機(jī)送來(lái)的煤輸送、轉(zhuǎn)運(yùn)到后續(xù)帶式輸送設(shè)備上，順槽刮板轉(zhuǎn)載機(jī)是現(xiàn)階段大型綜采設(shè)備重要的組成部分。

刮板轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)尾部是接收工作面輸送機(jī)輸送煤炭的部分，由于沒(méi)有專用破碎機(jī)對(duì)大塊煤炭進(jìn)行破碎，機(jī)尾部槽體上的擋板時(shí)常要受大塊煤炭的撞擊及擠壓，為了保證結(jié)實(shí)耐用擋板通常設(shè)計(jì)為固定形式，直接焊接在槽體上。當(dāng)順槽輸送設(shè)備需要進(jìn)行槽內(nèi)維修或更換部件時(shí)，維修人員只能選擇越過(guò)擋板或者從工作面進(jìn)入工作現(xiàn)場(chǎng)，導(dǎo)致工作人員的人身安全得不到保證，并且運(yùn)送較大或較重的工具或更換零部件時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度更會(huì)成倍增加，由于礦井下巷道內(nèi)空間有限，吊裝較重的零部件只能選擇簡(jiǎn)易的吊裝設(shè)備，當(dāng)用這些吊裝設(shè)備跨越擋板運(yùn)輸?shù)睫D(zhuǎn)載機(jī)槽內(nèi)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還存在一定的安全隱患。安全本來(lái)就是生產(chǎn)的第一要?jiǎng)?wù)，隨著煤礦安全規(guī)范逐漸完善，設(shè)計(jì)一種專用的檢修、維護(hù)通道是亟需的、必要的。轉(zhuǎn)載機(jī)液壓旋轉(zhuǎn)活動(dòng)擋板的研制能夠完全解決上述問(wèn)題，轉(zhuǎn)載機(jī)液壓旋轉(zhuǎn)活動(dòng)擋板將傳統(tǒng)固定的擋板通過(guò)液壓油缸的伸縮控制擋板實(shí)現(xiàn)開(kāi)合的活動(dòng)形式，形成一個(gè)便捷、安全的通道，大大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，縮減了維修時(shí)間，提高了順槽設(shè)備的便捷性和安全性。

1 轉(zhuǎn)載機(jī)液壓旋轉(zhuǎn)活動(dòng)擋板構(gòu)成

轉(zhuǎn)載機(jī)液壓旋轉(zhuǎn)活動(dòng)擋板是在原轉(zhuǎn)載機(jī)固定擋板基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)改造而成，為了確保擋板的一致性設(shè)計(jì)理念就是把原本擋板設(shè)計(jì)分成固定部分和活動(dòng)部分，通過(guò)合適的動(dòng)力單元對(duì)活動(dòng)部分進(jìn)行控制。由于液壓油缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、運(yùn)行平穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的往復(fù)運(yùn)動(dòng)中沒(méi)有傳動(dòng)間隙且免去了減速裝置，在當(dāng)下的煤礦綜采設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用，根據(jù)可靠、經(jīng)濟(jì)、便捷的設(shè)計(jì)原則選擇液壓油缸作為此活動(dòng)擋板的動(dòng)力來(lái)源。

1.1 主要結(jié)構(gòu)組成

如圖1 所示，轉(zhuǎn)載機(jī)液壓旋轉(zhuǎn)活動(dòng)擋板主要包括活動(dòng)擋板1 和與其聯(lián)接的固定擋板4，固定擋板4 和轉(zhuǎn)載機(jī)槽體利用焊接方式或者螺栓固定在一起，作為整個(gè)液壓旋轉(zhuǎn)活動(dòng)擋板的支撐部分；活動(dòng)擋板1 上下兩端對(duì)稱設(shè)置有雙聯(lián)接板，雙聯(lián)接板與活動(dòng)擋板1 焊接為一體，固定擋板4 上相對(duì)應(yīng)的下兩端設(shè)置有單聯(lián)接板，單聯(lián)接板與固定擋板4 焊接為一體。活動(dòng)擋板1 上下兩端設(shè)置的雙聯(lián)接板與固定擋板4 上下兩端設(shè)置的單聯(lián)接板通過(guò)固定銷聯(lián)接，此固定銷作為旋轉(zhuǎn)軸，活動(dòng)擋板1 可圍繞其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)開(kāi)合。在活動(dòng)擋板1 和固定擋板4 分別焊接有聯(lián)接耳A2 和聯(lián)接耳B6，液壓油缸3 的兩端通過(guò)固定銷與聯(lián)接耳A2 和聯(lián)接耳B6 相連接，液壓油缸3 作為整個(gè)液壓旋轉(zhuǎn)活動(dòng)擋板的動(dòng)力單元，活動(dòng)擋板1 隨著液壓油缸3的伸縮在固定擋板4 上實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)開(kāi)合。

圖1 轉(zhuǎn)載機(jī)液壓旋轉(zhuǎn)活動(dòng)擋板的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.2 安全措施

為了避免因?yàn)橐簤河透赘變?nèi)壓力不足或者管路誤進(jìn)液等情況致使在未操作的情況下液壓油缸3 進(jìn)行動(dòng)作從而使活動(dòng)擋板1 開(kāi)啟或關(guān)閉導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，在液壓油缸3 控制單元中增加了液控雙向閥，保證液壓油缸3缸體內(nèi)的壓力保持在正常的工作范圍，確保液壓旋轉(zhuǎn)活動(dòng)擋板的安全性。另外還在液壓油缸3 控制單元增加了液壓安全閥，避免進(jìn)入缸體內(nèi)的液體壓力對(duì)液壓油缸3的密封部件造成損壞，從而排除安全隱患，保證液壓油缸3 的使用壽命。

為了進(jìn)一步加強(qiáng)順槽刮板轉(zhuǎn)載機(jī)的安全性，在固定擋板4 上還設(shè)置有電器閉鎖裝置5，閉鎖裝置5 和轉(zhuǎn)載機(jī)控制系統(tǒng)相鏈接，電器閉鎖裝置5 通過(guò)螺栓安裝在固定擋板4 上。閉鎖裝置5 通過(guò)行程開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，當(dāng)控制液壓油缸3 伸縮使活動(dòng)擋板1 打開(kāi)時(shí)，活動(dòng)擋板1 旋轉(zhuǎn)就會(huì)觸碰擠壓電器閉鎖裝置5 的行程開(kāi)關(guān)，使閉鎖裝置5進(jìn)行工作，行程開(kāi)關(guān)閉合后使得轉(zhuǎn)載機(jī)電機(jī)處于閉鎖狀態(tài)，保證人員在轉(zhuǎn)載機(jī)內(nèi)作業(yè)轉(zhuǎn)載機(jī)不被誤開(kāi)啟，保障作業(yè)人員的人身安全，維修人員工作完畢使活動(dòng)擋板1完全閉合后電器閉鎖裝置5 的行程開(kāi)關(guān)才會(huì)關(guān)閉，順槽刮板轉(zhuǎn)載機(jī)則能夠正常開(kāi)機(jī)工作，這套電器閉鎖裝置也會(huì)避免活動(dòng)擋板1 因未完全關(guān)閉而進(jìn)行生產(chǎn)的事故發(fā)生。

2 轉(zhuǎn)載機(jī)液壓旋轉(zhuǎn)活動(dòng)擋板的受力分析

在轉(zhuǎn)載機(jī)液壓旋轉(zhuǎn)活動(dòng)擋板整個(gè)裝置中，只有活動(dòng)擋板1 個(gè)活動(dòng)元件，為了確保轉(zhuǎn)載機(jī)液壓旋轉(zhuǎn)活動(dòng)擋板能夠平穩(wěn)順滑的開(kāi)啟，應(yīng)對(duì)活動(dòng)擋板1 進(jìn)行受力分析，確定好開(kāi)啟活動(dòng)擋板1 力的大小和方向，從而選擇合適規(guī)格的液壓油缸3。

2.1 活動(dòng)擋板的受力分析

為了保證轉(zhuǎn)載機(jī)液壓旋轉(zhuǎn)活動(dòng)擋板在使用過(guò)程中上下2 個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的固定銷受力相對(duì)平衡，需使2 個(gè)固定銷的同軸度盡量小，在設(shè)計(jì)過(guò)程中2 個(gè)固定銷應(yīng)在轉(zhuǎn)載機(jī)槽體重心的兩端且距離重心基本相同。在設(shè)計(jì)過(guò)程中轉(zhuǎn)載機(jī)槽體和活動(dòng)擋板1 應(yīng)有一定的間隙，杜絕2 個(gè)部件間產(chǎn)生摩擦力，阻礙活動(dòng)擋板1 的順利開(kāi)啟。經(jīng)過(guò)上述設(shè)計(jì)要求分析可知，經(jīng)過(guò)液壓旋轉(zhuǎn)活動(dòng)擋板組裝后活動(dòng)擋板1 受3 個(gè)力作用，分別為上聯(lián)接耳受到的力F1、下聯(lián)接耳受到的力F 2 、自身重力G，3 個(gè)力必須達(dá)到平衡。若活動(dòng)擋板1 只受到上聯(lián)接耳的力和自身的重力，則上聯(lián)接耳的拉力方向和重力的方向應(yīng)該相反，此時(shí)重心和上聯(lián)接耳成一條豎直線，則受到上聯(lián)接耳的力會(huì)以上聯(lián)接耳為中心，向右傾斜，此時(shí)若想把受到上聯(lián)接耳的力恢復(fù)正常狀態(tài)，下聯(lián)接耳則起到阻止活動(dòng)擋板1 向右傾斜，由此可知下聯(lián)接耳對(duì)受到上聯(lián)接耳的力作用力的方向應(yīng)該是向左上，而上聯(lián)接耳的拉力也會(huì)隨著門(mén)的狀態(tài)恢復(fù)，力的方向會(huì)隨之轉(zhuǎn)為右上，確定好活動(dòng)擋板1 的受力情況故得出圖2 活動(dòng)擋板1 的受力分析。

圖2 活動(dòng)擋板1 受力簡(jiǎn)圖

2.2 液壓油缸的工作時(shí)的受力情況

通過(guò)對(duì)液壓油缸3 在開(kāi)啟活動(dòng)擋板1 時(shí)的受力分析可得出液壓油缸3 的受力狀態(tài)如圖3 所示。圖中F 拉為液壓油缸3 活塞桿收回所產(chǎn)生的拉力，F(xiàn) 3 為開(kāi)啟活動(dòng)擋板1 所需要的力，由此可得出F 3 =F 拉cos b 。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)載機(jī)液壓旋轉(zhuǎn)活動(dòng)擋板的結(jié)構(gòu)分析和上述活動(dòng)擋板1的受力分析可知，若想使用液壓油缸3 開(kāi)啟活動(dòng)擋板1，則液壓油缸3 拉力所產(chǎn)生的力矩要大于活動(dòng)擋板1 上、下聯(lián)接耳與固定銷產(chǎn)生的摩擦力矩。因活動(dòng)擋板1 是圍繞固定銷進(jìn)行旋轉(zhuǎn)開(kāi)合，則固定銷的軸心為整個(gè)擋板力的作用點(diǎn)，若F 3 到作用點(diǎn)的距離為d1，固定銷的半徑為r,摩擦系數(shù)為μ，則可以得出：

圖3 液壓油缸開(kāi)啟活動(dòng)擋板受力情況

從而推導(dǎo)出液壓油缸3 所需的拉力最小值。

通過(guò)對(duì)液壓油缸3 在關(guān)閉活動(dòng)擋板1 時(shí)的受力分析可得出液壓油缸3 的受力狀態(tài)如圖4 所示。圖中F推為液壓油缸3 活塞桿推出所產(chǎn)生的推力，F(xiàn)4為關(guān)閉活動(dòng)擋板1 所需要的力，由此可得出F4=F推cos c 。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)載機(jī)液壓旋轉(zhuǎn)活動(dòng)擋板的結(jié)構(gòu)分析和上述活動(dòng)擋板1的受力分析可知，若想使用液壓油缸3 關(guān)閉活動(dòng)擋板1，則液壓油缸3 推力所產(chǎn)生的力矩要大于活動(dòng)擋板1 上、下聯(lián)接耳與固定銷產(chǎn)生的摩擦力矩。若F 4 到作用點(diǎn)的距離為d 2 ，固定銷的半徑為r,摩擦系數(shù)為μ，則可以得出：

圖4 液壓油缸關(guān)閉活動(dòng)擋板受力情況

F4d2≥μ F1cos a+μ F2cos a 從而推導(dǎo)出液壓油缸3 所需的推力最小值。

2.3 液壓油缸規(guī)格選擇

通過(guò)上述對(duì)液壓油缸工作時(shí)的受力計(jì)算可以得出轉(zhuǎn)載機(jī)液壓旋轉(zhuǎn)活動(dòng)擋板開(kāi)啟或關(guān)閉活動(dòng)擋板1 時(shí)液壓油缸3 所需要的拉力和推力大小，利用計(jì)算所得出的結(jié)果對(duì)液壓油缸3 進(jìn)行選型計(jì)算。

若液壓油缸工作壓力為P，缸徑為D，活塞桿直徑為d。

通過(guò)上述公式可以計(jì)算出轉(zhuǎn)載機(jī)液壓旋轉(zhuǎn)活動(dòng)擋板所需液壓油缸的缸徑和活塞桿直徑的數(shù)值，從而確定液壓油缸的規(guī)格，這樣就可避免所選液壓油缸規(guī)格過(guò)大造成浪費(fèi)，也能夠使活動(dòng)擋板正常平穩(wěn)開(kāi)合。

3 結(jié)語(yǔ)

安全是生產(chǎn)的第一要?jiǎng)?wù)，順槽刮板轉(zhuǎn)載機(jī)作為綜合機(jī)械化采煤工作面不可或缺的組成部分，它是否安全、便捷將直接影響整個(gè)采煤工作的順利開(kāi)展，轉(zhuǎn)載機(jī)液壓旋轉(zhuǎn)活動(dòng)擋板是針對(duì)傳統(tǒng)轉(zhuǎn)載機(jī)小的改進(jìn)，是對(duì)轉(zhuǎn)載機(jī)擋板結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，使得轉(zhuǎn)載機(jī)安全性、便捷性得到提升。在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中不斷地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，通過(guò)不斷地改進(jìn)和完善才能推動(dòng)煤礦機(jī)械不斷發(fā)展。