EBZ160Z掘進機裝運機構的設計

劉 志明 王 晉（北方重工集團有限公司，遼寧 沈陽 110141）

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EBZ160Z掘進機裝運機構的設計

劉 志明 王 晉
（北方重工集團有限公司，遼寧 沈陽 110141）

摘 要：裝運機構的主要作用是將切割下來的物料裝載并轉運的機構，其性能的好壞直接影響著設備生產的能力和工作效率。自從掘進機切割功率達到160kW以上之后，更快的切割效率對掘進機裝運機構的工作能力也提出了新的要求。EBZ160Z的裝運機構分為鏟板部和第一運輸機兩部分。鏟板部采用鏡面雙向大傾角，液壓馬達直接驅動三齒星輪。第一運輸機為平直機構，與鏟板構成共同滑移，且采用邊雙鏈結構、液壓馬達驅動和油缸張緊加卡板的形式。

關鍵詞：掘進機；裝運機構；鏟板；第一運輸機；驅動形式

1 概述

（1）目前比較常見的鏟板部的裝料形式分為蟹爪式（如圖1所示）和星輪式（如圖2所示），蟹爪式是利用一對交替動作的耙爪來不斷地向轉載機方向耙取物料使其裝入轉載機并運走。由于它的結構相對簡單、工作可靠性高、外形尺寸相對較小，所以在輕機型上應用普遍，但是這種裝載機構在寬度上受到了限制；星輪式機構比蟹爪式具有更高的強度、工作連續性好等特點，但裝大塊物料的能力相對較差，遇到大塊物料需要合理處理后方能裝載。由于EBZ160Z為重型部分斷面掘進機，機型機構較大，鏟板寬度為2400mm，所以鏟板部采用星輪結構。驅動方式普遍采用電機和減速機的組合方式，或者是液壓馬達直接驅動星輪的方式，考慮到井下工礦潮濕、有泥水，選用后者是最佳選擇。

（2）第一運輸機一般按照邊雙鏈方式布置，驅動可采用電機加減速機或液壓馬達驅動兩種形式。EBZ160Z采用雙液壓馬達驅動的形式，具有良好的瞬間過載能力，可克服較小的物料卡鏈現象。液壓馬達驅動直接驅動鏈輪工作，這樣傳動系統中元件少、結構比較簡單、可靠性高。

2 確定鏟板機構的參數

設計時需保證裝載機構的生產能力的大小需要比切割機構的生產能力大，按照經驗，一般情況下裝載機構生產能力為切割機構生產能力的1.0～1.1倍。EBZ160Z截割部的生產能力為216t/h。

（1）星輪參數的確定

星輪大徑根據鏟板整體確定，星輪小徑和小徑高度均由驅動裝置結構決定，根據鏟板整體初步確定寬度為2400mm，星輪大徑為1100mm，小徑為475mm，星輪為三爪星輪，星輪工作轉速為0～36r/min。

裝載機構的生產率由以下公式計算得出（不計鏟板角度）：

式中：

Az——裝載機構的生產率；

D——星輪大徑，mm；

d——星輪小徑，mm；

M——星輪爪子數量，個；

S——星輪爪子面積，m2；

n——星輪工作轉速，r/min；

Kz——裝載系數，取1.5～2.0。

由EBZ160Z鏟板部初步結構分解尺寸，將各尺寸數值帶入式中得：83mm。

一般星輪爪子高度h推薦設計為60mm～100mm。

所以選h=85mm。

（2）確定星輪參數的確定

驅動馬達功率由以下公式計算得出：

圖1蟹爪式

圖2星輪式

式中：

Nm——裝載馬達輸出所需功率；

Sa——安全系數，一般為1.3～1.6；

ηz——系統總功率；

WX——星輪自重；

WZ——星輪每轉裝載物料的重力；

f——物料與鏟板之間的摩擦力。

將EBZ160Z鏟板部各尺寸帶入式中得：

查閱樣本后，選取額定功率為12.6kW的液壓馬達。

（3）小結

由以上得出EBZ160Z的鏟板主要參數為：

裝載形式：三爪星輪。

驅動方式：液壓馬達。

馬達功率：12.6kW/個（共2個）。

裝載能力：3.6m3/min。

星輪轉速：0～36r/min。

鏟板寬度：2400mm。

3 確定第一運輸機的參數

（1）第一運輸機的輸送能力

設計時需保證第一運輸機的生產能力應大于鏟板機構的生產能力，第一運輸機的運輸能力和第一運輸機中的溜槽截面大小有著緊密的聯系，還與松散煤的動堆積角的大小有關。傾斜運輸的情況下，煤的動堆積角一般取為20°～30°。因為上刮板鏈在運行中有沖擊振動現象等，導致貨載斷面面積減小。根據經驗運輸能力一般按照如下公式計算得出；

式中：

Q——運輸機運輸能力，t/h；

F——貨料在溜槽中的斷面積，一般為1.3～1.6；

ρ——系煤的松散密度，一般為0.85t/m3～1t/m3；

ψ——裝滿系數，一般為0.5～0.8；

ν——刮板鏈運行速度，m/s。

在初步的圖紙布置中選定的是雙液壓馬達的驅動方式，馬達直接連接鏈輪，鏈輪節距為128mm、鏈輪齒數為5、星輪轉速為100r/min，得知：

將EBZ160Z懸臂式掘進機中的參數帶入下面的公式得：

滿足設計要求。

（2）確定牽引力的大小

EBZ160Z懸臂式掘進機的第一運輸機的液壓馬達的牽引力如下：

式中：

W0——總牽引力；

ωf——附加阻力系數，一般取1.1；

Wk——空段阻力；

Wzk——重段阻力。

q——刮板鏈單位長度重量；

L——刮板輸送機實際鋪設長度；

ω——物料與溜槽阻力系數，本處取=0.7；

ω0——刮板與溜槽阻力系數，本處取=0.3；

將EBZ160Z的數值帶入得到：

W0=26107N。

（3）確定液壓馬達的功率大小：

P——電動機的軸功率；

D——驅動齒輪分度圓直徑mm；

η——傳動裝置的效率，取0.9。

將EBZ160Z的相關參數帶入式中得到：

查閱樣本后，選取額定功率為11.7kW的液壓馬達。

（4）小結

第一運輸機的結構形式和相關參數為：

結構形式：邊雙鏈刮板式。

驅動方式：液壓馬達直接驅動。

功率：11.7kW/個（共2個）。

溜槽截面尺寸（寬×高）：470mm× 410mm。

鏈速：0～64m/min。

運輸能力：4.0m3/min。

張緊形式：絲杠加彈簧。

結語

星輪式裝運機構在掘進機中應用得很廣泛，其中大部分采用液壓馬達通過花鍵驅動星輪的方式，結構簡單且故障少，受力比較均勻，運行相對平穩，比以往的蟹爪式在可靠性上提高很多。第一運輸機與鏟板機構采用平直機構，使整個封閉鏈運行起來更平穩流暢。設計時經過綜合比對，嚴格計算得出各項技術數據，在此前提下，保證了裝運機構較好的運行性能，滿足了輸送能力的需要。

參考文獻

［1］張國棟.掘進機裝載機構的設計研究［J］.煤炭科學技術，2006，34（10）：59-62.

［2］成大先.機械設計手冊［M］.北京：化學工業出版社，2008.

［3］黃日恒.懸臂式掘進機［M］.徐州：中國礦業大學出版社，1996.

中圖分類號：TD402

文獻標識碼：A