掘進機部件中運輸機的分析研究

□韓保材　□李　鋼

北鋼管業（營口）有限公司　遼寧營口　115007

掘進機部件中運輸機的分析研究

□韓保材□李鋼

北鋼管業（營口）有限公司遼寧營口115007

介紹了我國煤機發展思路和掘進機的主要功能、特點、組成。重點闡述了掘進機部件中運輸機的用途、構造及相關設計計算等，其結果對煤礦機械中的掘進機、裝煤機及其它類似設備運輸機部分的設計有一定的參考價值。

近年來，隨著我國煤炭行業的快速發展，與之密切相關的煤機行業也日益受到重視。全國煤炭工業科學技術大會及國家發改委出臺的煤炭行業結構調整政策中，都涉及到發展大型煤炭井下綜合采煤設備等內容。

掘進和回采是煤礦生產的重要環節，國家方針是采掘并重，掘進先行。巷道的快速掘進是煤礦保證礦井高產、穩產的關鍵技術措施，采掘技術［1］及其裝備水平直接關系到煤礦生產的能力和安全。高效機械化掘進與支護技術是保證礦井實現高產高效的必要條件，也是巷道掘進技術的發展方向。目前，高效機械化掘進行之有效的大型設備主要是掘進機。

1　掘進機的組成及特點

掘進機［2］是用于開鑿平直地下巷道的機器，主要由行走機構、運輸機［3］、鏟板裝運部、后支撐、本體、截割部、液壓系統、電氣系統等組成。隨著行走機構向前推進，工作機構中的截割頭不斷破碎巖石或煤炭，并通過運輸機將碎巖或煤炭運走。掘進機有安全、高效、節省人力和成巷質量好等優點，但造價大，構造復雜，損耗也較大。

2　運輸機的用途

運輸機作為掘進機的主要組成部分，主要作用是將截割頭破碎下的巖石或煤炭通過鏟板裝運部輸送到運輸機中，再向下一級輸送。在必要情況下，運輸機后可以掛載第二運輸機，使煤礦下開鑿巷道的物料直接輸送到地面，大大減小了工人的勞動強度，提高了物料運輸效率，并相對減少了事故。

3　運輸機的構造

運輸機主要由刮板鏈、前溜槽、后溜槽、驅動裝置、張緊裝置、鏈條擋板六大部分組成，主要結構如圖1所示［4］。

圖1　運輸機

3.1刮板鏈

刮板鏈由刮板、礦用圓環鏈、開口式連接環、螺栓、螺母及墊圈等組成。其中刮板采用高耐磨鋼24Mn2K，礦用圓環鏈符合煤炭行業標準MT/T 71— 1997，開口式連接環符合國標GB/T 12718—2001。刮板鏈的主要作用是在驅動裝置的驅動下進行物料運輸傳送，其結構如圖2所示。

圖2　刮板鏈

3.2前溜槽

為了便于運輸及組裝，運輸機主體分為前后溜槽兩部分，均為焊接件［5］，其結構形式如圖3所示。

圖3　前溜槽

3.3后溜槽

后溜槽與前溜槽通過螺栓、螺母、定位銷連接，形成整個運輸機主體。驅動裝置及張緊裝置等安裝在后溜槽上，是整個運輸機的框架部分，負責承載物料，其結構形式如圖4所示。

圖4　后溜槽

3.4驅動裝置

驅動裝置為運輸機的動力傳動裝置，主要由電機［6］、驅動架、電機座、驅動軸、鏈輪等組成。電機連接到電機座上，電機輸出軸與驅動軸通過花鍵連接，驅動軸又與鏈輪［7］連接，從而將電機動力傳輸到鏈輪上。鏈輪帶動刮板鏈旋轉，進行物料運輸。驅動裝置結構形式如圖5所示。

圖5　驅動裝置

3.5張緊裝置

張緊裝置調整刮板鏈松緊程度，驅動裝置通過油缸［8］及彈簧調整墊等綜合調整鏈條松緊程度。當調整時，油缸快速接頭連接外部供油管道使活塞桿伸出，張緊到適度時停止注油。此時活塞桿前端間隙用調整墊墊好，以防再次松動，同時彈簧［9］還能起到減振緩沖的作用。張緊裝置結構形式如圖6所示。

3.6鏈條擋板

鏈條擋板為焊接件，用螺釘固定在前后溜槽側面，預防鏈條跳鏈、傳動不平穩，確保鏈條及刮板按設計最佳軌跡運行。

圖6　張緊裝置

4　運輸機參數計算

4.1運輸機生產能力計算

式中：Q為生產能力，m3/min；F為輸送機輸送物料斷面積，m2；V為刮板鏈鏈速，m/min，（V=2πRn，R為鏈輪節圓半徑，m；n為電機轉速，r/min）；ψ為裝滿因數，與運輸機的角度有關，13°左右時可取值0.5。

4.2運輸機運輸阻力計算

4.2.1物料受力分析示意圖［10］

物料受力分析如圖7所示，圖中，F=Gsinβ，N=Gcosβ。

圖7　物料受力分析示意圖

4.2.2物料運輸阻力計算

式中：μ為摩擦因數。

式（2）得出的為單位長度內物料或刮板鏈產生的阻力，對于整個運輸機而言，需乘以有效運料長度L。

4.2.3運輸機運輸阻力計算

通過式（1）、式（2）的分析計算，可知運輸機運輸的阻力主要為運輸物料及刮板鏈、刮板自重所產生的阻力，所以運輸機的運輸阻力為：式中：Wz為運輸阻力，N；q為溜槽中單位長度煤質量，kg（煤密度取d=0.85 t/m3，q=F×d×1 000，F為輸送機截面積，m2）；q0為刮板鏈、刮板在溜槽中每米的質量，kg；L為運輸機長度，m；β為運輸機傾斜角度（根據實際設計情況而定）；f1為刮板鏈在溜槽中的移動阻力因數，雙鏈、有導向一般取0.25；W'為煤在溜槽中的移動阻力因數，一般取0.8。

4.3電機提供給刮板鏈的牽引力驗算

式中：D為驅動鏈節圓直徑，m；Mn為電機輸出扭矩，N·m；ηv為油泵容積效率，可根據設計手冊和相關產品說明書進行查詢；ηm為電機效率，可根據設計手冊和相關產品說明書進行查詢。

4.4結論

按實際設計將各參數帶入上述公式，如果算出結果F＞Wz，說明設計合格（在實際情況中需考慮相應的安全因數）；如果F≤Wz，則要對電機參數或機械結構尺寸進行部分調整，以滿足相關設計要求，確保所設計出的設備運行安全可靠。

5　結束語

在煤礦井下對所設計的掘進機進行試驗，其運輸機部分安全可靠，運載能力強，達到了預期設計目標，符合煤礦實際生產要求。目前，此設備已量產，這一運輸機結構形式及計算公式對相關類似產品的開發設計具有一定的參考價值。

［1］朱嘉安.采掘機械和運輸［M］.2版.北京：冶金工業出版社，2008.

［2］龔秋明.掘進機隧道掘進概論 ［M］.北京：科學出版社，2014.

［3］黃學群，唐敬麟，欒桂鵬.運輸機械選型設計手冊［M］.2版.北京：化學工業出版社，2011.

［4］劉永田，金樂.機械制圖基礎［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2009.

［5］中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊焊接結構 ［M］.北京：機械工業出版社，2015.

［6］王積偉，章宏甲，黃誼.液壓傳動［M］.2版.北京：機械工業出版社，2007.

［7］王義行.鏈輪設計制造應用手冊［M］.北京：機械工業出版社，1994.

［8］聞邦椿.機械設計手冊［M］.北京：機械工業出版社，2010.

［9］秦大同，謝里陽.現代機械設計手冊：單行本——彈簧設計［M］.北京：化學工業出版社，2013.

［10］鐘錫華，周岳明.大學物理通用教程：力學［M］.北京：北京大學出版社，2010.

Described the ideas for development ofcoal miningmachine and its main functions and characteristics and composition.Focused on the use and configuration of the transporter for tunneling machine assemblies and related design calculation.Its findings have some reference value in design of entry-driving machine，coal loader and conveyor machines for other similar equipment.

掘進機；運輸機；結構；計算

Entry-driving Machine；Transporter；Structures；Calculation

TH111；TD421

A

1672-0555（2016）02-064-04

2016年1月

韓保材（1981—），男，本科，機械工程師，主要從事掘進機、通井機、裝煤機、制管設備的機械設計，及埋弧直縫焊管生產、設備管理、工藝制定等工作