移動式膠帶轉載機履帶側卸單元的研究＊

王佃武，宋福來

（1.中國煤炭科工集團太原研究院有限公司，山西 太原 030006；2.神木匯森涼水井礦業有限責任公司，陜西 榆林 719319）

1 引言

膠帶轉載機是煤礦井下掘進作業重要的配套設備。在綜合機械化掘進工藝中，通常采用懸臂式掘進機、橋式膠帶轉載機、可伸縮膠帶機的配套形式。橋式轉載機為中段懸空的整體剛性結構，其跨距一般在20～30 m，與可伸縮膠帶機機尾部搭接短，對巷道起伏變化適應性差，而且在掘進過程中需要頻繁拉移機尾、延伸膠帶，影響整個掘進效率[1]。

近年來，掘錨一體機這種高效機組在神東乃至整個蒙陜礦區得到快速推廣，掘進速度的提升對后配套轉載運輸設備的能力要求不斷提高。2012 年，中國煤炭科工集團太原研究院啟動了以掘錨機為龍頭的單巷快速掘進系統的開發，需研制一種新型膠帶轉載機進行配套，其設計參數為：最大運輸能力1 600 t/h，帶寬1 m，搭接長度不小于50 m，以降低系統設備調動和延伸膠帶的頻次，滿足日進50 m 煤巷高效快速掘進的要求。

2 技術要求

移動式膠帶轉載機的組成及配套方式如圖1 所示。

圖1 移動式膠帶轉載機的組成及配套方式

移動式膠帶轉載機在掘錨機的牽引下跟隨掘錨機移動，高效可靠地轉載煤炭，形成連續運輸。移動式膠帶轉載機整機由兩部分組成，主體部分為膠帶機，由若干桁架鉸接連接，相鄰兩節之間可上下擺動，架體下方布置行走膠輪在地面上行走，能適應地面的起伏變化。主體部分后方連接履帶側卸單元，其作用為將煤流再次側卸到可伸縮膠帶機。履帶側卸單元同時具有行走功能，以保持與主體部分的運動搭接，并在必要時牽引主體部分退機。由于巷道空間要求，履帶側卸單元的高度和寬度需控制在3.5 m和1.5 m 內，具有250 mm 的離地間隙，具有良好的通過性。

3 總體方案

履帶側卸單元結構如圖2 所示，履帶側卸單元主要由履帶底盤、軌道組件、移動小車、側卸部、電氣系統、液壓系統等組成。軌道組件連接在底盤上，移動小車在軌道組件上滑動，移動小車前端連接膠帶轉載機卸載滾筒，后端連接側卸部，軌道組件下方布置電氣系統及液壓系統。

本設備集轉運、行走、供電、供液于一體，結構緊湊，主要采用了以下技術保障設備的成功研發：①采用整機重心數字化分析技術，可以控制整機重心位置變化，設備穩定性好。②研制具有糾偏功能的底盤，可對膠帶機在巷道中的位置進行強制糾偏，適應性強。③利用高度勢能，優化側卸轉載路徑，實現無動力轉載。④集成組合式動力負荷中心，對成套快速掘進系統各設備供電進行控制。

4 部件設計

4.1 底盤總成

履帶側卸單元底盤結構如圖2 所示。履帶側卸單元底盤總成主要由履帶架組、驅動裝置、導向裝置、履帶鏈糾偏裝置、前支撐裝置組成，其研究重點是糾偏裝置的結構。履帶側卸單元自重約14 t，承受膠帶轉載機卸料部質量約5 t；側卸部和移動小車可在軌道組件上前后滑動1.5 m，因此設備重心時刻為變量，設備自身體積較小，整機寬度1.5 m，根據履帶行走設備相關標準，履帶接地長度需控制在1.6 m 內。充分運用數字化模擬分析技術，模擬整機的工作狀態，調整底盤連接點位置，實現重心位置在合理范圍內變化。

圖2 履帶側卸單元

膠帶機在實際掘進中存在跑偏現象，在履帶側卸單元上設置了糾偏機構，糾偏機構在馬蒂爾機構基礎上進行了創新，利用前點支撐后點推移原理，保證糾偏機構的實用性和可靠性，同時，該糾偏機構可將設備抬離地面，方便進行履帶張緊、加注黃油等維護保養工作。

圖3 履帶側卸單元底盤

4.2 側卸部研究

側卸部為本機的主要工作機構，與移動小車后部連接，利用皮帶運轉過程中煤流的速度慣性、側卸部與順槽皮帶高度差以及煤炭的合理轉載路徑，實現煤炭的無動力拋灑轉載，落煤口設有可調導流板，可以根據實際情況調整煤流方向。轉載路徑設計是煤炭能否順利轉載的關鍵，通過動力學分析，確定轉載水平轉角為45°，垂直方向角度為30°，實現最短轉載路徑、最小轉載高度設計。料斗物料通過性動力學仿真如圖4 所示。

圖4 料斗物料通過性動力學仿真

4.3 軌道組件、移動小車研究

根據膠帶轉載機與履帶側卸單元的相互運動關系，設計滑動軌道與移動小車。軌道組件長4.5 m，其中軌道有效長度為3 m，軌道組件為單跨結構，采取高強板箱梁結構設計。

移動小車主要由滾輪組件和車架組成，滾輪組件與軌道相連，上方布置球鉸承載膠帶轉載機卸料部。移動小車前后有效移動距離1.5 m，前后端設置行程開關，防止小車脫軌。

5 系統設計

5.1 駕駛操作系統

履帶側卸單元上部設置駕駛室，操作人員坐在駕駛室里操作設備，實現設備的啟停、移動、姿態調整等功能。利用人機工程學設計方法，根據中國成年男性的體側數據，通過建立人體三維運動學模型，進行運動仿真，對操縱系統與司機肢體可觸及范圍進行匹配，對駕駛室顯示器、液壓操縱桿、電氣操作按鈕合理布局和優化設計，從而能確保司機舒適、高效地操縱設備。為了給司機提供良好的人機界面，采用12 寸液晶彩色顯示屏進行設備狀態監控，顯示設備運行數據、信息，全面掌握設備的運行狀態。

5.2 電氣系統

履帶側卸單元承擔成套快速掘進系統所有設備供電中轉任務，因此，機載一臺四回路動力負荷中心，輸出回路采用400 A 真空接觸器。供電形式采用1 140 V、50 Hz，主電控箱控制泵站電機和皮帶轉載機電機，內置變頻調速模塊。履帶側卸單元的移動與掘錨機的行走互鎖，履帶側卸單元司機確認后掘錨機才能行走，保證系統操作人員安全；軌道前后設置行程開關以防移動小車脫軌，行程開關觸發后，設備停止行走，重新行走需要解鎖。

5.3 液壓系統

液壓系統采用開式變量系統，液壓泵為軸向柱塞變量泵，采取恒功率+壓力切斷+負載敏感控制方式，恒功率設定值為45 kW，保護泵站電機不過載運轉；壓力切斷設定值為28 MPa，限制液壓系統不超壓運行；負載敏感控制根據負載需求自行調節流量，實際輸出流量僅為負載所需，節能環保。行走采用高速馬達+減速機方式，控制閥為負載敏感閥，實現設備行走的無級調速。

5.4 水冷噴霧系統系統

設備設計了水冷噴霧系統，主要用于冷卻液壓系統、變頻器、卸料部的降塵，采用電磁閥控制，與皮帶機滾筒聯動，實現皮帶機啟停時的自動通、斷水。

6 結語

針對高效快速掘進工作面運輸系統轉載的要求，研制出自移膠帶轉載機及其履帶側卸單元，對巷道掘進運輸轉載設備革新進行了一次有益嘗試。整機配套掘錨綜合機組，在神東大柳塔礦使用，平均月進尺達1 400 m[2]，最高月進尺達到2 500 m，各項性能指標達到了預期目標。