螺旋提斗式多功能清倉機的設計

馬海紅

（山西新景礦煤業有限責任公司，山西陽泉 045000）

0 引言

在采煤時，產生的廢水會攜帶碎煤和其他雜物流到水倉中，這給礦井帶來了水害的安全隱患。礦用螺旋提斗式多功能清倉機是專門用于對礦井中水倉進行清挖處理的專用器具，也是整個礦井保持整潔的主要設備，其主要功能是將沉積在水倉中的干煤泥和稀煤泥先進行收集匯總，再經過輸送到指定地點。該設備解放了礦工的生產力，減少了礦工的勞動強度，使繁重的體力勞作轉向了機械化生產，并且能夠滿足遠距離的管道運輸，提高了水倉處理速度[1-2]。現有的同類產品大多主要用于輸送稀煤泥，并不能同時遠距離處理干煤泥和稀煤泥，這就導致了礦井水倉清理的低工作效率和高勞動強度。

1 螺旋提斗式多功能清倉機的結構特點

螺旋提斗式多功能清倉機主要有電動機、水泵、清挖集裝箱、輸送皮帶、輸送泵、履帶、司機操作臺。考慮到大多數礦井的地質情況，為滿足我國大多數生產礦井的投入使用，綜合設計的主要參數如下：運送量至少為30 m3∕h，直線運行距離至少為800 m，考慮到礦井上下坡的高度差，垂直輸送距離至少需達到50 m，螺旋的上下極限值范圍為600 mm，最大可達到500 mm。結合礦井的實際情況，速度設置為7 m∕min，可適應的上坡度為16°，下坡度為18°，適應于多數巷道斷面，總重量小于8 000 kg。

1.1 多功能清倉機動力系統

清倉機在礦井中進行廢棄物料集輸主要由隔爆電動機控制液壓泵來提供生產動力。該液壓泵為礦井專用，采用三連軸運移，包括主泵和輔泵，主泵為柱塞泵，所提供的動力可進行無極調節，能適應各種各樣的工況，而輔泵是齒輪泵，它的功能主要用于清倉機的行走和移動以及為清倉機系統內各種機構提供液壓油[3-4]。多功能清倉機示意圖如圖1所示。

1.2 清挖處理儲集系統

通過螺旋產生的慣性力箱輸送機進行物料匯集，然后將物料轉移到下一個轉運輸送泵或通過下一節輸送皮帶進行轉運。另外，設置了水倉內物料堆積高度監測裝置來判斷水倉內的裝料情況，通過水倉內的螺旋機構上下旋轉，將水倉內的匯集物料接連不斷地傳向下一提斗機系統。較之前礦井采用的傳統刮板輸送機結構，現在使用的提斗式輸送機有著明顯的使用高效性和廣泛性，更有助于進行稀煤泥的清挖運輸，同時也能有效處理干煤泥的清挖[5-6]。

圖1 螺旋提斗式多功能清倉機主要結構示意圖

1.3 輸送機

輸送管路適合輸送含水率在45%以上的稀煤，采取這種方式效率較高，因為此時的煤泥流動性好，經過攪動后成稀狀，可以很便捷地運送到指定地點。而當輸送的含水率小于30%時，此時煤泥的可塑性較差，這種情況不適合使用管路遠距離運送，常常直接輸送至尾部的礦車中再進一步轉移至合適的規定位置。

1.4 行走履帶和司機操作處

選用液壓行走履帶來推動清倉機主要是考慮到水倉內的惡劣情況，而且設備在水倉內總是需要不斷推動行走。司機操作處集合了各個操作控制器，司機能夠清楚掌握物料所處情況、狀態變化以及其他設備的變動和意外情況，從而能夠快速做出較為準確的判斷并做出相應的指令以進行應急操作[7]。

2 清倉機的工作原理

2.1 設備運行過程

清倉機啟動后，電動機驅動鏈條及提斗倉開始運作，同時，鏈輪帶動螺旋設備開始物料旋轉進行物料收集，集料設備上裝有兩個螺旋機構，兩螺旋機反方向運轉將水倉中的物料向提斗機中央進行匯集，然后提斗機工作沿槽斗將煤泥等輸送到尾部。運送的煤泥含水量較低時，直接輸送到尾部的礦車中，礦車把干煤泥運到指定位置。而當運送水分較大的煤泥時，需要先降低水分再處置，具體實施方法是通過液壓泵將煤泥漿抽到高壓管中，經過高壓煤泥輸送管配送到規定地點。在整個設備運作過程中，設備的移動和提斗機的升降協調配合運行，這樣就能順利完成水倉的清理工作。

具體實施過程中，液壓履帶行走需要和旋轉式提斗輸送機相協調配合，這樣才能源源不斷地將水倉內的煤漿等物料收集輸送到合適的地點，從而完成整套系統的運作和水倉的清理工作。按照設計運輸量，多動能清倉機平均裝滿一輛5t的礦車需要10 min左右，如果是3 t的礦車耗時將會更短。和人工勞動對照，該設備實現了一體化作業，使速度得到了極大地提高，有效改善了清倉清理的惡劣作業環境。

2.2 液壓系統原理

液壓系統動力依靠電機控制液壓泵和高壓液壓油，考慮到水倉內物料堆積和距離的變動較大，而且礦井下對設備的防塵防爆要求，所以這種液壓油驅動較為可靠合理，安全性高，而且能適應復雜多變的井下條件。物料的集輸和方向的控制都由液壓自動轉換，司機只需負責根據現場物料堆積情況改變行車路線即可，大大解放了人力，并提高了工作效率。當裝運物料為較濕煤泥時，需要經由泵抽出經過高壓管先盡可能去除水分，達到干煤泥的標準要求后裝入礦車。

3 清倉機的設計與選型

3.1 清倉機驅動功率設計

清倉機輸送量Q的計算：

其中，Q為輸送量，m3∕h；i為倉內體積，m3；v為設備運行速度，m∕s；n為系數；d為料斗間距，m。以山西晉城海天礦為例，代入數據工況計算，其中i為5 m3，v取3 m∕s，n為0.8，d為1.2 m，則輸送量為為40 m3∕h。

驅動輪轉速n的計算：

其中，s為驅動鏈輪直徑，m，以該礦實際情況為例，s為0.1 m，得n為9.5 r∕s。故根據計算結果設定輸送量Q為40 m3，驅動輪轉速為n為9.5 r∕s，該設計結果能夠符合設計要求。

3.2 現場運行

根據實際情況代入相關參數，即可設定所需輸送系統的相關設計數據，這樣通過對比設計要求能完成對礦井螺旋提斗式多功能清倉機的設計與改進。本研究經過計算最終選用MQC-30型多功能清倉機，技術參數如表1所示。

表1 MQC-30型多功能清倉機主要參數

自2017年10月該套設備在山西海天煤業進行了為期半個月的現場試驗，運行結果表明，設備在使用時效果良好，在實驗期間，共清理煤泥水180 t左右。而且，該機器移動靈活，可操作性強，作業高效，具備很好的現場應用價值。

4 結語

本設計中清挖集料和設備驅動均采用液壓油驅動，可充分適應礦井水倉的工況變動和工作條件。考慮到水倉內物料濃度差距變化較大，所以提斗輸送是較為合理可行的輸送方式[8]。礦井螺旋提斗式多功能清倉機要適應輸送的角度在一個變化的范圍內，設計主要參照的是當清倉機處在低位時的角度，因為當物料處于較高位置時。由于水的性質和物料自身的重力，煤泥等物料會較干，可直接運入礦車進行輸送，對設備的設計影響較小。

理論研究和實踐經驗表明，此次設計的螺旋提斗式多功能清倉機設計科學，結構簡單合理，安全可靠性高；采用雙螺旋反方向運轉向中間匯集的集料方式，和分段槽斗輸送方式配合液壓電機提供動力系統，能夠有效實現水倉的機械化清理；另外，履帶式系統的行走設計，能夠適應礦井下的惡劣環境，而且爬坡能力強，制動性能好，不會出現剎車后的較大慣性滑行距離；液壓泵的組合使用，使該機能夠連續運輸煤泥。井下使用表明，該設備不易損壞，維修方便，適應能力強，清倉效率高，能夠極大地減輕礦工的勞動強度。礦井螺旋提斗式多功能清倉機的研制具有很大的礦井生產實用價值，并能夠推廣到其他礦井的使用。