適用于狹小空間的新型物料轉(zhuǎn)載機構(gòu)的設(shè)計

杜佳霖， 彭軍， 冬梅

(1. 中國煤炭科工集團 太原研究院有限公司, 山西 太原 030006；2. 中國煤炭科工集團 上海有限公司， 上海 200030； 3. 上海東海職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 上海 200241)

0 引言

掘進機主要在煤礦井下工作，由于其具有功能多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零部件較多、整機布置極其緊湊等特點，在機器內(nèi)部預(yù)留的過人運輸通道往往都極其狹小，根據(jù)掘進工藝，經(jīng)常需要在掘進機內(nèi)運輸物料，比如錨桿、鉆桿等損耗器件，掘進機還需要檢修、維護、拆卸、安裝、運輸?shù)取檫m應(yīng)掘進機內(nèi)部狹小空間的物料搬運運輸，需要設(shè)計特殊的物料運輸機構(gòu)來解決狹小空間不規(guī)則形狀的物料運輸問題。在實際工程使用中，圓形斷面與實際使用要求不太符合，而現(xiàn)有實際使用巷道大多以矩形巷道為主[1]。隨著近年來隧道掘進的快速發(fā)展，全斷面矩形掘進機、矩形頂管機、矩形盾構(gòu)機等矩形掘進機應(yīng)用也越來越多，故探索設(shè)計類似狹小空間不規(guī)則導(dǎo)軌的物料搬運機構(gòu)具有非常重要的意義，也可廣泛使用于隧道掘進領(lǐng)域[2]。

1 新型物料轉(zhuǎn)載機構(gòu)構(gòu)成與工作原理

矩形掘進機是一種新型應(yīng)用于煤礦巷道掘進的一次全斷面截割矩形掘進機，它集截割、裝載、運輸、支護、噴霧降塵等多種功能于一體，其功能多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、空間緊張。根據(jù)矩形掘進機內(nèi)部特殊空間結(jié)構(gòu)設(shè)計的新型物料搬運運輸系統(tǒng),其主要由異形導(dǎo)軌、導(dǎo)軌固定件、特殊設(shè)計運輸小車、吊環(huán)、需要運輸?shù)奈锪系冉M成。其異形導(dǎo)軌是根據(jù)掘進機內(nèi)部空間限制特殊設(shè)計，以滿足掘進機內(nèi)部運輸通道的限制，導(dǎo)軌固定于掘進機頂部，通過靈活配焊的固定件臨時安裝固定，簡單可靠，安裝時將異形導(dǎo)軌通過高強度螺栓連接在導(dǎo)軌固定塊上，整體放置于機器頂部后焊接固定；整個導(dǎo)軌根據(jù)運輸長度的需要布置幾個運輸小車，當(dāng)需要運輸?shù)奈锪媳容^重或者運輸尺寸比較大時，可以用2個或3個運輸小車同時配合進行運輸，這樣靈活可靠，并在運輸小車內(nèi)專門設(shè)計軸承，因其摩擦力小，故運輸動力可通過人員在通道內(nèi)拉動物料進行運輸，即盡量采用減少摩擦力的辦法通過人力側(cè)斜拖動運輸小車實現(xiàn)物料的轉(zhuǎn)載運輸。整個運輸搬運系統(tǒng)構(gòu)成及布置如圖1所示。

2 新型物料轉(zhuǎn)載機構(gòu)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)設(shè)計

圖1為近似U型結(jié)構(gòu)的物料搬運運輸系統(tǒng)，在中間過渡段設(shè)計6個轉(zhuǎn)彎的形狀，避開了掘進機內(nèi)部運動部件，可合理適應(yīng)內(nèi)部通道空間。根據(jù)實際尺寸設(shè)計的轉(zhuǎn)彎半徑，其分別為900 mm、950 mm、1 000 mm， 同時為保證運輸小車能順利通過這個弧度，其運輸小車軸承及輪子前后設(shè)置2組，運輸小車與中間折彎的工字鋼之間間隙只有5 mm，為了避免小車在轉(zhuǎn)彎時發(fā)生干涉，通過作圖設(shè)計在轉(zhuǎn)彎時的運輸小車最小轉(zhuǎn)彎半徑為850 mm。由于按掘進機內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計的6個轉(zhuǎn)彎半徑均大于最小轉(zhuǎn)彎半徑，故避免了運輸小車在運動過程中干涉情況的發(fā)生。圖2為限位及固定圖。

圖1 新型物料搬運運輸系統(tǒng)

2.2 運輸小車結(jié)構(gòu)設(shè)計

運輸小車的具體結(jié)構(gòu)見圖3。整個運輸小車由起吊塊、2個輪子固定塊、4個輪子固定軸、4個輪子、8個深溝球軸承、4組圓螺母止動墊圈及1個M36吊環(huán)組成。每2個輪子形成1組，其形狀與10號工字鋼的結(jié)構(gòu)形狀一致，保證輪子在工字鋼上部順利滾動且無干涉。這4個輪子由于經(jīng)常需要滾動，故制作過程中采用耐磨處理，通過45鋼整體調(diào)質(zhì)后再在滾動面局部低頻淬火工藝加工[3]。每一個輪子通過2個滾動軸承固定于輪子固定軸上，通過圓螺母及軸肩拉緊固定。輪組固定于輪子固定板上，起吊塊靠在輪子固定板上，這樣就將下部需要運輸?shù)奈锪腺|(zhì)量傳遞于4個輪子上，4個輪子在工字鋼導(dǎo)軌上滾動實現(xiàn)運輸。采用M36的吊環(huán)連接于起吊塊上，再將需要運輸?shù)奈锪贤ㄟ^鋼絲繩固定于吊環(huán)上。起吊塊下部布置3個M36螺紋，可以根據(jù)物料的尺寸及質(zhì)量調(diào)整M36起吊螺釘?shù)奈恢茫部梢愿鶕?jù)實際使用情況安裝布置2個。安裝時在螺紋內(nèi)部涂抹防松螺紋膠，以保證螺紋不松動，確保運輸?shù)踹\安全可靠。

圖2 新型物料搬運運輸系統(tǒng)限位及固定

該物料搬運系統(tǒng)實際應(yīng)用于全斷面矩形快速掘進機內(nèi)部搬運錨桿、鉆桿、潤滑油、齒輪油等易損耗件，以及其他需要檢修更換的零部件。在運輸過程中可以根據(jù)實際需要安裝合適數(shù)量的運輸小車，根據(jù)物料的尺寸及質(zhì)量適當(dāng)選用幾個運輸小車同時進行吊裝運輸。根據(jù)需要運輸?shù)奈锛笠约罢麢C空間限制設(shè)計的運輸搬運，其最大質(zhì)量為1 t。在地下矩形隧道掘進機內(nèi)如果遇到需要利用類似物料搬運系統(tǒng)時，可以根據(jù)相應(yīng)掘進機內(nèi)部空間情況以及需要搬運的物料質(zhì)量、滿足相應(yīng)使用要求的物料搬運系統(tǒng)的尺寸設(shè)計從而滿足實際使用要求。

圖3 新型運輸小車結(jié)構(gòu)

3 結(jié)語

根據(jù)地下隧道掘進機實際空間尺寸設(shè)計的物料搬運系統(tǒng)，它不僅能夠減少人員直接搬運物料及零部件的難度，而且減少操作人員的勞動強度。同時解決了以往在狹小空間內(nèi)人力無法進行直接搬運大物件等運輸搬運的棘手問題，避免了在人力搬運過程中碰撞損壞掘進機內(nèi)部零部件的問題。

地下隧道掘進屬于封閉施工,掘進機內(nèi)部空間緊湊，給更換檢修零部件及運輸物料、零部件帶來困難[5]。通過該物料轉(zhuǎn)載機構(gòu)的設(shè)計，可將其推廣應(yīng)用于其他地下矩形隧道掘進機的物料運輸領(lǐng)域，以解決實際工程使用中遇到的運輸難題。