EBZ200型遠控掘進機第一運輸機的選型及分析

張磊，孫章虎，陳顯然

(1.中國煤炭科工集團重慶研究院，重慶 400039;

2.瓦斯災害監控與應急技術國家重點實驗室，重慶 400039)

EBZ200型遠控掘進機第一運輸機的選型及分析

張磊1，2，孫章虎1，2，陳顯然1，2

(1.中國煤炭科工集團重慶研究院，重慶 400039;

2.瓦斯災害監控與應急技術國家重點實驗室，重慶 400039)

以EBZ200型遠控懸臂式(伸縮臂)掘進機第一運輸機為研究對象，通過對中雙鏈式和邊雙鏈式2種機型結構特點、故障率、運輸能力、驅動裝置復雜程度和刮板強度及造價的綜合分析，得出了2種不同機型各自的優缺點。研究成果對包括EBZ200型掘進機在內的各機型第一運輸機設計型式的取舍具有一定的指導意義，同時也為今后2種型式運輸機的改進和優化提供了參考依據。

遠控掘進機;第一運輸機;刮板鏈;邊雙鏈;中雙鏈

隨著煤礦開采規模和開采深度的逐漸增大，我國礦井數量逐年增多，煤礦瓦斯的安全問題變得越來越嚴重，不少原來沒有瓦斯危險的煤層也發生了變化，重大事故頻繁發生。而綜合開采的高速發展暴露出綜掘機械運輸能力的嚴重不足，給礦井采掘帶來巨大壓力，使得提高突出工作面的掘進速度迫在眉睫［1-2］。

作為EBZ200型遠控掘進機的物料轉載機構，第一運輸機能夠在無人化操作工作面上快速實現煤礦井下巷道掘進設備與后配套運輸設備之間煤矸(特別是形狀和體積較大的煤塊和硬巖石塊)等物料的無卡阻快速轉運［3-4］。

由于煤礦井下巷道掘進工作面地質結構復雜，經常出現裂隙斷層，矸石硬度變化范圍大，故掘進機在鉆進掏槽和掃落煤巖的過程中所受的振動沖擊大，設備抖動幅度和頻率大，工作環境十分惡劣。運輸機構是否具有良好的物料輸送性能和運行可靠性是保證掘進工作面進尺的關鍵所在。

第一運輸機在掘進機開拓巷道時經常出現總體運力偏低、溜槽底板磨損嚴重、回鏈腔煤矸堆積嚴重等問題，甚至出現卡鏈、跳鏈、阻鏈和斷鏈等突發故障。刮板鏈組在轉運物料過程中，常因刮板所受負荷過大而彎曲變形并卡死。由于煤礦井下設備故障快速維修能力有限，第一運輸機的任何一種故障都會導致停機停產，繼而影響工作班組的當班計劃生產進度，因此，掘進機第一運輸機工作機構型式的選擇和關鍵部件的設計制造對掘進機綜合性能的提高意義重大［5-7］。

1 EBZ200型遠控掘進機

EBZ200型遠控掘進機項目的研究目的是在瓦斯安全問題嚴重的危險巷道中實現遠距離可視化無人操縱控制掘進機自動斷面成型并開拓巷道，保證后續巷道支護人員遠離巷道掘進工作面。這對保護煤礦一線工人人身安全、有效減輕煤礦粉塵對工人身體的侵蝕和提升煤礦安全具有極其重要的意義。

EBZ200型遠控掘進機由截割部、鏟板部、第一運輸機、本體部、行走部、后支撐、液壓系統、水系統、電控系統和遠程控制系統等組成。圖1為EBZ200型遠控掘進機的主要結構，其中遠程控制系統和電控系統均置于電控箱內。

圖1 EBZ200型遠控掘進機結構

2 第一運輸機的型式

第一運輸機位于掘進機機體中部，一般由前溜槽、后溜槽、刮板鏈組、驅動裝置、脫鏈器、連接裝置(或機構)和刮板鏈組漲緊裝置等組成。按照刮板鏈組結構型式的不同，可以將第一運輸機結構型式分為如圖2所示的中雙鏈式和邊雙鏈式2種。

圖2 第一運輸機結構型式

2.1 前溜槽和后溜槽

如圖3所示，中雙鏈式和邊雙鏈式第一運輸機的前、后溜槽在結構型式上基本相同，且均為組焊件，板件材質為Q345，耐磨板材質為NM400，焊接材料為E5015或ER50-6，焊接方法為焊條電弧焊。為減少回鏈腔煤矸堆積量，在后溜槽回鏈腔底板處均開有方形漏料口。不同點是前、后溜槽與掘進機本體的連接方式。中雙鏈式為前溜槽通過插口與鏟板和本體銷軸相連，后溜槽通過高強度螺栓固定在本體上;邊雙鏈式為前溜槽通過穿銷孔與本體銷軸式連接，后溜槽為卡板銷軸式鉸接。

圖3 前溜槽和后溜槽

2.2 中雙鏈式刮板鏈組輸送機構

2.2.1 刮板鏈組

中雙鏈式刮板鏈組的型式如圖4所示，由刮板、鏈環和礦用扁平狀接鏈環組裝而成。

圖4 中雙式鏈刮板鏈組

2.2.2 接鏈環和刮板

刮板鏈環和接鏈環均由鑄鋼鑄造而成，刮板通過扁平狀連接環(平環)與兩側的鏈環(豎環)相連接。刮板由模鍛或鑄造而成。

圖5 接鏈環和刮板

2.2.3 驅動裝置

如圖6所示，中雙鏈式刮板鏈組驅動裝置由驅動馬達、馬達座、機架、脫鏈器、驅動鏈輪和花鍵軸等部件和零件組成。

圖6 中雙鏈式刮板鏈組驅動裝置

2.2.4 驅動鏈輪

中雙鏈式驅動鏈輪組由2個鏈輪對接而成，鏈輪結構如圖7所示。

圖7 驅動鏈輪結構

2.3 邊雙鏈式刮板鏈組輸送機構

2.3.1 刮板鏈組

邊雙鏈式刮板鏈組的型式如圖8所示，由刮板、鏈環和開口式接連環組裝而成。為了保證刮板的強度及特殊形狀的要求，熱軋后需對其做相應的熱處理加工。

圖8 邊雙鏈式刮板鏈組

2.3.2 接鏈環和刮板

如圖9所示，接鏈環為開口式，刮板(截面為工字形)由NM400高強度耐磨鋼精密軋制而成。

圖9 接鏈環和刮板

2.3.3 驅動裝置

如圖10所示，邊雙鏈式刮板鏈組驅動裝置由驅動馬達、馬達座、機架、脫鏈器、驅動鏈輪、驅動鏈輪花鍵軸和花鍵軸護罩(兩半圓形鑄件通過螺栓連接而成)等組成。

圖10 邊雙鏈式刮板鏈組驅動裝置

2.3.4 驅動鏈輪

邊雙鏈驅動鏈輪的型式如圖11所示，輪齒齒型與中雙鏈相同，驅動鏈輪組的連接方式為雙頭花鍵軸連接。固定方式為中間加對稱圓形護板(護板與護板之間用高強度螺栓連接)。

圖11 驅動鏈輪

2.4 刮板鏈組漲緊裝置

如圖12所示，中雙鏈式和邊雙鏈式刮板鏈組的漲緊裝置完全相同，均采用絲杠加彈簧緩沖的結構形式，不僅能夠起到靈活調整刮板鏈組松緊度的作用，而且可以有效緩沖鏈環在高速通過鏈輪時對驅動馬達、軸承、花鍵軸、鏈輪和密封件的振動沖擊。

圖12 刮板鏈組漲緊裝置

3 中雙鏈式和邊雙鏈式第一運輸機的比較

3.1 設備故障

掘進機第一運輸機工作時常見的故障有跑鏈、跳鏈、掉鏈、斷鏈和卡鏈等，其中最為常見的是斷鏈、跳鏈和卡鏈故障。

3.1.1 斷鏈和跳鏈故障原因

1)刮板鏈組兩側鏈條長短不一致。短的一側因承受重負荷而受力較大，容易引起鏈環斷裂。

2)在沖擊振動頻繁的工況下長期使用造成機頭驅動鏈輪、馬蹄環或鏈條磨損嚴重，繼而導致跳鏈。

3.1.2 卡鏈故障原因

1)較大煤塊、巖塊或矸石塊在前溜槽入料口處卡死，造成刮板鏈組某一側鏈條突然縮短而出現卡鏈。

2)大塊煤矸石順著鏈條被帶到機頭驅動鏈輪處，造成機頭鏈輪某側卡鏈。

3)體積較小的矸石塊進入后溜槽回鏈腔出口處而卡死在鏟板上平板和第一運輸機底板之間。

4)刮板機兩側鏈條松緊程度不一致。

5)粉狀和顆粒狀煤矸在刮板帶動下不斷進入回鏈腔，在水的不斷浸潤和刮板連續擠壓緊實的作用下層層堆積，回鏈腔回鏈阻力不斷增大直至鏈條卡死。

從各大煤礦掘進機使用情況統計發現，邊雙鏈式和中雙鏈式第一運輸機在刮板鏈組調整不到位和操作不規范的情況下均會出現跳鏈和卡鏈現象，其中邊雙鏈式跳鏈故障率較高，中雙鏈式卡鏈故障率較高。2種型式的鏈輪組均有斷鏈現象發生，但主要原因不是設計原因，多是由于鏈組調整不到位和大塊矸石或巖塊卡鏈時操作人員頻繁退鏈和進鏈造成的。

3.2 煤矸運輸能力

3.2.1 刮板鏈組推料和卸料能力

在刮板數、相鄰刮板鏈距和刮板有效推料截面積相同的情況下，中雙鏈式和邊雙鏈式的理論推料量應該是相等的。但考慮到2種方式刮板型式和鏈條連接方式的不同，推料量與理論值會有較大差距。

中雙鏈式刮板鏈環位于刮板中下部，需用專用異形螺栓連接，刮板底面與前、后溜槽鏈托板之間有縫隙。鏈條在拖動刮板推料時，不可避免地產生抖動，加上復雜工況下掘進機所受沖擊載荷的影響，鏈條抖動幅度會進一步增強，而且越靠近驅動裝置抖動幅度越大。鏈條的頻繁抖動會導致刮板與相鄰刮板間儲料倉內煤矸塊的擾動，一部分細小的煤矸塊會從刮板底部縫隙流入下一個儲料倉，并最終流出刮板推料倉返回到掘進工作面，而一部分較大的煤矸塊會一級接一級地滾落到靠近回鏈腔的位置，等待更大的煤矸塊將其推出。

邊雙鏈式刮板鏈組同樣存在上述問題，但煤矸物料的抖動幅度和回流量小于中雙鏈式。這主要是牽引鏈環遠離刮板中部主推料面的緣故。

中雙鏈和邊雙鏈刮板在卸料能力方面無明顯差距，在鏈速平穩的情況下，二者的結構型式均能將絕大部分煤矸石傾卸到二運帶式轉載機上。

3.2.2 刮板鏈組刮料和刮矸能力

刮料能力是指刮板在推料過程中，將濕態煤矸泥刮離托板而不粘附的能力。刮矸能力則是指刮板將附著在回鏈腔底板的煤矸刮離并返回掘進面煤矸堆的能力。從刮板型式和現場應用來看，邊雙鏈在刮料和刮矸能力方面要優于邊雙鏈式。

3.3 驅動裝置復雜程度

從圖5、9可以看出:中雙鏈式刮板鏈組驅動裝置結構較邊雙鏈式簡單，中雙鏈式驅動鏈輪組由2個輪齒齒型相同但連接尺寸不同的鏈輪對接并通過花鍵軸連接而成;邊雙鏈式驅動鏈輪組則由2個完全相同的鏈輪通過花鍵軸連接而成。

中雙鏈式驅動鏈輪組的固定是通過兩側的花鍵座對接來實現的，花鍵座還可以起到保護花鍵和花鍵軸不被含有煤矸微小顆粒的水和油侵蝕和磨損的作用。邊雙鏈驅動鏈輪組的固定則是通過2塊半圓狀的保護罩對接并用螺栓固定完成，但其密封性較差，混有雜質的水和油很容易通過螺栓連接孔和接縫浸入其中而腐蝕花鍵軸和加劇花鍵的磨損速度。

3.4 刮板強度和造價

同一個零件，如果既可以使用軋制料也可使鑄造毛坯。由于中雙鏈式刮板和邊雙鏈式刮板的結構型式和所用材料均不同，故單純討論二者的綜合機械強度意義不大。表1給出了2種刮板熱處理后的機械強度(所給數據僅供參考)。

一般來講，應盡量采用軋制件，因為其內部缺陷少，安全系數較高。鑄件應選用能夠達到其機械性能要求的材料，但其缺陷多，安全系數較差。軋制件性能優于鑄件，因為毛坯經過軋制后，機械性能有所提高，而鑄造毛坯件組織性能相對較差。對于同樣的材質、同樣的零件，鑄造件內部組織不如軋制件致密，性能稍遜。

表1 中雙鏈式和邊雙鏈式刮板對比分析

4 結束語

第一運輸機機型的選擇和設計在很大程度上影響和制約著EBZ200型遠控掘進機在無人操控情況下開拓巷道時的物料轉運速度和效率。中雙鏈式第一運輸機的卡鏈故障率較高，驅動裝置結構較為簡單，刮板強度雖高，但造型復雜、造價偏高;邊雙鏈式第一運輸機的跳鏈故障率較高，刮板造價低，驅動裝置結構復雜，刮板強度相對較低，但不影響使用。從輸料能力、造價以及機械強度等方面來看，邊雙鏈式較為實用，故選擇EBZ200型遠控掘進機第一運輸機為邊雙鏈式。

［1］黃日恒.懸臂式掘進機［M］.徐州:中國礦業大學出版社，1996.

［2］李曉豁.礦山機械與設備［M］.徐州:中國礦業大學出版社，1996.

［3］孫章虎，譚正生.EBZ135CT型掘進機的設計［J］.煤礦機械，2012，33(9):14-16.

［4］張磊，王清峰.EBZ200型遠控掘進機集中潤滑系統的設計與分析［J］.重慶理工大學學報:自然科學版，2013，27(12):49-54.

［5］馮彥偉.綜掘機在半煤巖巷道中的推廣［J］.煤礦機械，2007，28(9):164-165.

［6］邢晶磊.掘進機橋式皮帶轉載機落煤裝置設計［J］.中國西部科技，2011，10(6):47-48.

［7］馮彥偉.高產高效綜合機械化采煤技術與裝備［M］.北京:煤炭工業出版社，1998.

(責任編輯 劉舸)

Type Selection and Analysis of the EBZ200 Type Remote Control
Road Header’s First Conveyor

ZHANG Lei1，2，SUN Zhang-hu1，2，CHEN Xian-ran1，2
(1.Chongqing Research Institute of China Coal Technology and Engineering Group，Chongqing 400039，China;2.State Key Laboratory of Gas Disaster Monitoring and
Control as well as Emergency Technology，Chongqing 400039，China)

This paper focuses on the study of the EBZ200 type remote road header’s first conveyor，by the composite analysis of the double center chain form and double side chain form’s structural features，failure rate，transportation capability，complexity level of drive device and intensity and cost，and obtained the two different machine type’s advantages and disadvantages.The research achievement can provide certain guiding significance for the acceptance or rejection of the EBZ200 type and other type road header’s first conveyor design types.At the same time，it also can provide references for the improvement and optimization of the two models first conveyor.

remote control road header;first conveyor;scraper chain;double center chain;double side chain

TD421.5

A

1674-8425(2014)06-0068-06

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2014.06.013

2014-02-11

中煤科工集團基金資助項目(20132DXM15)

張磊(1987—)，男，碩士，主要從事煤礦綜掘機械的研發設計和結構優化方面的研究。

張磊，孫章虎，陳顯然.EBZ200型遠控掘進機第一運輸機的選型及分析［J］.重慶理工大學學報:自然科學版，2014(6):68-73.

format:ZHANG Lei，SUN Zhang-hu，CHEN Xian-ran.Type Selection and Analysis of the EBZ200 Type Remote Control Road Header’s First Conveyor［J］.Journal of Chongqing University of Technology:Natural Science，2014(6):68-73.