煤礦伸縮帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾設(shè)計(jì)

（唐山開(kāi)灤鐵拓重型機(jī)械制造有限責(zé)任公司，河北 唐山 063100）

伸縮式皮帶輸送機(jī)的自動(dòng)移動(dòng)尾部，適用于刮板進(jìn)料器與采煤表面運(yùn)輸通道中伸縮式皮帶輸送機(jī)之間的連接。其能夠自動(dòng)移動(dòng)，具有進(jìn)行伸縮式皮帶輸送機(jī)尾部輸送機(jī)調(diào)整和刮板機(jī)頭高度調(diào)整等功能，可以確保皮帶輸送機(jī)平穩(wěn)運(yùn)輸和重新傳輸，是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量和高效率的首選設(shè)備之一。

1 帶式輸送機(jī)

隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，中國(guó)的工業(yè)化進(jìn)程正在加速，對(duì)各種礦產(chǎn)資源的需求也在增加。礦帶輸送機(jī)是煤礦生產(chǎn)中的重要設(shè)備，其主要功能是在礦井中輸送物料。由于地下環(huán)境復(fù)雜、惡劣，皮帶輸送機(jī)容易發(fā)生故障和損壞，因此必須對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，以確保皮帶輸送機(jī)的長(zhǎng)期、穩(wěn)定和安全的運(yùn)行[1]。

當(dāng)前，采礦帶式輸送機(jī)的輸送帶主要由柔性材料制成，例如鋼絲繩芯和織物芯。鋼絲繩芯是具有良好的柔韌性、伸長(zhǎng)率小和縱向拉伸強(qiáng)度高的細(xì)鋼絲?？椢飳拥男臼亲畛Ｓ玫木幙椥荆浯问菍訅嚎椢镄?，整個(gè)織物芯具有高柔韌性和強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)。但伸長(zhǎng)率過(guò)大容易失控。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的操作后，由鋼絲繩芯制成的傳送帶會(huì)在一定程度上磨損，從而使鋼絲繩芯暴露在空氣中的水蒸氣和氧氣下，進(jìn)而影響輸送帶的使用安全。優(yōu)化和改進(jìn)礦帶輸送機(jī)的輸送帶設(shè)計(jì)，可以選擇整個(gè)核心皮帶，此時(shí)要比鋼絲繩芯具有更好的強(qiáng)度、韌性、耐磨性和抗疲勞性。

2 存在問(wèn)題及原因分析

2.1 存在的問(wèn)題

根據(jù)工作實(shí)際來(lái)分析，伸縮帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的主要有4 個(gè)問(wèn)題。1）端架螺旋滾筒末端的排煙罩很容易損壞，易捕煤，拆卸不便，如果固定不好，會(huì)損壞滾筒。2）頭端框架壓板中的皮帶容易變形。 3）由于清潔器體積大而笨重，使用不便，皮帶容易劃傷。 4）浮動(dòng)惰輪組的結(jié)構(gòu)不合理，皮帶容易劃傷，惰輪容易損壞。

2.2 產(chǎn)生的原因

產(chǎn)生上述問(wèn)題的原因有4 個(gè)。1）螺旋滾筒的收煤機(jī)罩內(nèi)沒(méi)有足夠的空間，很容易阻塞煤流，損壞收煤機(jī)罩。需要增加足夠的空間，同時(shí)加強(qiáng)回煤板的強(qiáng)度。2）由于自動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的末端框架與浮動(dòng)輥組之間的皮帶未設(shè)計(jì)有壓力板，可能會(huì)導(dǎo)致皮帶脫離頭部框架的壓力板。3）清潔器的質(zhì)量和體積很重，皮帶很容易刮擦。需要重新設(shè)計(jì)清潔器并簡(jiǎn)化安裝。4）現(xiàn)有的浮動(dòng)惰輪框架為一體結(jié)構(gòu)。由于整體結(jié)構(gòu)是垂直狀態(tài)，下部惰輪框架中沒(méi)有空間。長(zhǎng)時(shí)間使用后，下部托輥有煤殘留，影響托輥運(yùn)行，甚至造成皮帶劃傷。另外，當(dāng)支撐輥架變形時(shí)，必須拆除并更換整個(gè)支撐輥架，從而增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，影響了工作效率。

3 自移機(jī)尾設(shè)計(jì)方案列舉

3.1 總體方案

在國(guó)內(nèi)，移動(dòng)自走式機(jī)器尾部的主要有3 種類型，即履帶、棘輪和雙液壓缸（是雙向液壓缸，還是雙桿液壓缸？它的優(yōu)點(diǎn)是什么？履帶、棘輪下面都有說(shuō)明。履帶式的牽引導(dǎo)板可以靈活移動(dòng)，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率高。棘輪式的安全性低，使用壽命短。自動(dòng)移動(dòng)的尾部和槽橋裝載機(jī)支持雙液壓缸類型。無(wú)需外部輔助設(shè)備，整個(gè)結(jié)構(gòu)即可獨(dú)立運(yùn)行，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠。目前，中國(guó)大多數(shù)大功率、高效率的全機(jī)械化工作面都采用雙液壓缸式自動(dòng)移動(dòng)機(jī)構(gòu)?；诖耍撐母鶕?jù)道路設(shè)備的布局要求和道路地板的狀況，煤層的地面壓力以及裝載機(jī)的運(yùn)輸情況，確定前后機(jī)架的支撐、水平運(yùn)動(dòng)和向前運(yùn)動(dòng)。根據(jù)平臺(tái)的要求和皮帶的彎曲角度，確定自動(dòng)螺旋槳尾部的總長(zhǎng)度為13 650 mm。根據(jù)膠帶的寬度，確定自動(dòng)螺旋槳尾部的總寬度為2 950 mm。鉸鏈框架和地面的高度確定為1 280 mm。

伸縮式皮帶輸送機(jī)自動(dòng)機(jī)尾適用于皮帶寬度為1 600 mm的皮帶輸送機(jī)、槽型寬度為1 000 mm~1 300 mm 的槽式橋式輸送機(jī)、剪切深度≤1 000 mm 的采煤機(jī)，應(yīng)用三刀一推的操作的模式時(shí)，應(yīng)具有在皮帶輸送機(jī)上的膠帶的自動(dòng)張緊功能，當(dāng)工作表面向前移動(dòng)一級(jí)時(shí)，皮帶輸送機(jī)應(yīng)自動(dòng)張緊膠帶。當(dāng)手推車向前移動(dòng)到極限位置時(shí)，自走式機(jī)器的尾部必須使用刮板裝載機(jī)作為支撐向前移動(dòng)。

3.2 前后機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

伸縮式皮帶輸送機(jī)自走式尾翼的前后機(jī)架是確保自走式尾翼各種功能（例如高度調(diào)節(jié)，踏步和橫向移動(dòng)）的主要組件。煤礦沿隧道的支護(hù)設(shè)備的合理布置能夠確定伸縮式皮帶輸送機(jī)高度調(diào)節(jié)和側(cè)向運(yùn)動(dòng)功能的一些參數(shù)，同時(shí)是其主要部件可靠性前提保障。由于隧道地面高度不均勻，皮帶輸送機(jī)和裝載機(jī)很難正常運(yùn)行，因此需要抬高自動(dòng)移動(dòng)機(jī)主機(jī)架的一個(gè)或幾個(gè)角以使其平整。根據(jù)上述情況，考慮到刮板給料器的最大高度以及自移動(dòng)機(jī)器末端與隧道沿通道高度的最大變化，將液壓缸的行程調(diào)高為300 mm，推力確定為1 608 kN。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，校平液壓缸筒與前后框架之間設(shè)有導(dǎo)套，以提高其應(yīng)力和校平液壓缸的可靠性。受不均勻阻力的影響，自走式機(jī)器的機(jī)尾通常會(huì)在自走式機(jī)器的機(jī)尾向前運(yùn)動(dòng)期間移動(dòng)，這會(huì)使膠帶變形并導(dǎo)致漏煤。因此，自推進(jìn)器的尾部需要具有側(cè)移調(diào)節(jié)功能，以提高側(cè)移的靈活性和可靠性[2-3]。自行式飛機(jī)的尾部以橇為履帶，通過(guò)高度調(diào)節(jié)和側(cè)向移動(dòng)液壓缸的調(diào)整伸縮，實(shí)現(xiàn)了自行式汽車尾部的逐步側(cè)向移動(dòng)，以達(dá)到偏差調(diào)節(jié)的目的。為了減小缸徑，根據(jù)狹縫裝置的布置，自推進(jìn)器尾部的最小寬度和橫向運(yùn)動(dòng)需求，在自推進(jìn)器尾部的滑軌和前后齒條之間安裝了2 個(gè)側(cè)移液壓缸。測(cè)得的側(cè)移液壓缸的強(qiáng)度和沖程分別為200 mm 和245 kN。

3.3 壓板和清掃器改進(jìn)

加大頭端框架和浮動(dòng)滾子組之間的皮帶長(zhǎng)度，浮動(dòng)滾子組的皮帶能夠提前進(jìn)入壓板，以防止出現(xiàn)偏差。清潔器最初得到了改進(jìn)，質(zhì)量明顯提升，并且易于安裝和使用。經(jīng)過(guò)優(yōu)化和改進(jìn)的壓板和吸塵器，有效地解決了頭端框架壓板撓曲和吸塵器過(guò)度使用的問(wèn)題。

浮動(dòng)托輥組的風(fēng)扇由于惡劣的工作條件，加上高頻使用，風(fēng)扇會(huì)被扭曲和破壞，甚至?xí)苊禾苛鲃?dòng)的影響而腐蝕，由于井下工作的限制，很難檢查或修復(fù)。為了解決該問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一個(gè)可拆卸的移動(dòng)擔(dān)架平臺(tái)，既延長(zhǎng)了設(shè)備壽命，又減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.4 主機(jī)架設(shè)計(jì)

主機(jī)架是自行式機(jī)器后機(jī)翼的主桿軸承部分，是手推車和裝載機(jī)頭的主要支撐。根據(jù)主機(jī)架的功能和受力特性，為了提高軸承強(qiáng)度和整體剛度，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主機(jī)架采用一體式箱形梁焊接結(jié)構(gòu)，并規(guī)劃合理的箱形橫截面面積。具體措施如下。使用設(shè)計(jì)軟件根據(jù)整個(gè)支撐集來(lái)設(shè)置主機(jī)的結(jié)構(gòu)模型。由于負(fù)載通常是對(duì)稱的，因此主機(jī)確定為對(duì)稱的結(jié)構(gòu)模型?？紤]到結(jié)構(gòu)的整體應(yīng)力和焊接要求，將主梁的材料和連接凸耳預(yù)先選擇為WH70（高強(qiáng)板），其余的結(jié)構(gòu)部件則從優(yōu)質(zhì)的低合金結(jié)構(gòu)鋼Q345 中選擇。首先，確定每個(gè)橋段和煤的中心鼻梁和重力，然后確定駕駛室和主機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸以及在主機(jī)軌道上來(lái)回移動(dòng)的能力。作為材料力學(xué)的一項(xiàng)特性，對(duì)行人車輛和大型機(jī)進(jìn)行了機(jī)械分析，以確定大型機(jī)主梁的危險(xiǎn)部分的位置和滑動(dòng)機(jī)架的位置。通過(guò)對(duì)手推車位置和力的分析，計(jì)算出手推輪對(duì)主梁力的位置和大小，考慮到裝載機(jī)傳動(dòng)裝置產(chǎn)生的動(dòng)載荷，模擬載荷為作用力的1.5 倍。應(yīng)用程序。該模型被網(wǎng)格化并進(jìn)行后處理，以基于載荷和約束模式仿真獲得框架的應(yīng)力和位移圖[4]。

3.5 自動(dòng)變速箱設(shè)計(jì)

自動(dòng)變速箱的末端使用工作面乳液泵站作為動(dòng)力源（額定壓力為31.5 MPa），系統(tǒng)配有減壓閥。工作壓力一般應(yīng)為20 MPa。液壓缸推動(dòng)機(jī)器平穩(wěn)、安全、準(zhǔn)確、快速的前進(jìn)、橫向水平運(yùn)動(dòng)。液壓致動(dòng)系統(tǒng)由4 個(gè)水平缸中的2個(gè)二位雙向閥控制，2 個(gè)換檔缸，2 對(duì)側(cè)移缸和4 個(gè)水平液壓缸吸液回路均配置液壓控制止回閥。確保機(jī)架保持在正常狀態(tài)，以免機(jī)架在壓力下掉落。

3.6 新型智能化自移機(jī)尾

新型智能型自動(dòng)尾部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是基于目前的通用皮帶式自移尾部，通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)來(lái)調(diào)節(jié)尾部的偏斜和前進(jìn)問(wèn)題，從而大大減少了工作準(zhǔn)備時(shí)間，減輕了操作人員的工作量。智能帶式輸送機(jī)的尾部主要由尾架，中架、小車、頭架、浮輥架、自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)等組成。

為了提高靈敏度，在自動(dòng)尾部結(jié)構(gòu)各位安裝傳感器，具體安裝位置如下。

在螺口瓶附近和腰部入口兩側(cè)的頭部側(cè)面安裝了一個(gè)變速傳感器，該傳感器安裝在距頭部側(cè)面70 mm~80 mm處，用以探測(cè)其運(yùn)行速度。

在自動(dòng)裝置的前，后，左，右四個(gè)位置安裝偏差傳感器，采用“U”形結(jié)構(gòu)，當(dāng)皮帶穿過(guò)“U”形槽時(shí)，皮帶的4 個(gè)角可以穿過(guò)偏差傳感器獲取偏移量。氣缸傳感器傳感器探頭安裝在油缸的底部，用于測(cè)量氣缸平行部分的氣缸運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)傳感器和由傳感器組成的電磁線圈的位置進(jìn)行檢測(cè)，活塞的內(nèi)部設(shè)計(jì)為中空，傳感器磁環(huán)安裝在活塞的底部，以便于探頭在活塞內(nèi)部的移動(dòng)，使環(huán)形探頭到達(dá)垂直圓柱的行程[5-6]。

4 結(jié)語(yǔ)

伸縮式皮帶輸送機(jī)自移動(dòng)尾部技術(shù)可與重型綜合采礦設(shè)備配合使用，機(jī)器尾部煤量達(dá)到4 500 t/h，大大提高了產(chǎn)量。該技術(shù)在較厚的煤層中進(jìn)行高速開(kāi)采，簡(jiǎn)化采礦工藝和操作方法，實(shí)現(xiàn)煤礦的高產(chǎn)量和高效率。