帶式輸送機伸縮機身牽引裝置研究

寧夏天地西北煤機有限公司 石嘴山 753000

0 引言

王國法院士在智能綜采系統評價指標中提出，帶式輸送機采用智能張緊、可折疊伸縮機尾，使配套自移機尾在跟進一定長度時，無需實時補充正常支撐機身，實現機尾連續跟進運輸[1]。目前伸縮機身通常采用絞車牽引，每次需要移動絞車并錨固，不能連續牽引，效率較低，且牽引絞車采用柔性鋼絲繩拖拉，只能承受拉力，而帶式輸送機工作的巷道較為復雜時，伸縮機身出現反向受力的情況，用單臺絞車牽引無法實現，若布置兩臺絞車前后拖拉，不但成本較高，且協同控制復雜。為改變上述的情況，本文研究了一種新型摩擦式牽引裝置，提高了伸縮機身的牽引效率，降低了人員勞動強度。

1 主要結構及原理

伸縮機身牽引裝置系統布置如圖1所示，主要包括伸縮機身、軌道、牽引裝置、上輸送帶、下輸送帶、自移機尾等。初始狀態時，伸縮機身全部壓縮至最短，布置在自移機尾之后，通過緩沖液壓缸與其連接，隨著掘進工作面的推進，掘進帶式輸送機配套的自移機尾會自動跟進，拖動伸縮機身逐步自動展開至最長，此時伸縮機身再次縮短時，為了提高工作效率，降低作業強度，需要依靠本文研究的摩擦牽引裝置驅動。

圖1 伸縮機身牽引裝置工藝系統布置原理圖

摩擦牽引裝置工作原理如圖2所示，主要包括夾帶液壓缸、上輸送帶、傳動滾筒、抬滾、下輸送帶、牽引機架等。夾帶液壓缸筒一端與牽引機架通過銷軸連接，活塞桿一端與抬滾座連接，抬滾固定于抬滾座之上，平行布置在下輸送帶之下，傳動滾筒固定在牽引機架之上，位于上、下輸送帶之間，由液壓馬達驅動旋轉，在非工作狀態時，傳動滾筒與輸送帶不接觸，抬滾與傳動滾筒之間的距離在夾帶液壓缸作用下可上下移動。在驅動伸縮機身時，夾帶液壓缸收縮，帶動下部抬滾向上運動，與傳動滾筒夾緊下輸送帶，并使下輸送帶在傳動滾筒上形成不小于120°的包絡角。液壓馬達驅動傳動滾筒旋轉時，則摩擦牽引裝置以下輸送帶為支點，順輸送帶前移，推動伸縮機身收縮至最短，效率較高，且在伸縮機身出現機械卡死時，摩擦牽引裝置會打滑，自動保護機械連桿不受破壞。

圖2 摩擦牽引裝置原理

由于井下巷道工況較為復雜，伸縮機身及牽引裝置在移動時，易出現跑偏，因此在傳動滾筒及上托輥架兩側設置有擋盤，結構如圖3所示。當兩個抬滾與傳動滾筒夾緊下輸送帶驅動運行時，由于下輸送帶承受張力較大，具有一定的剛性，擋盤可以限制橫向位移，使驅動裝置沿著輸送帶運行防止其偏離中線。在帶式輸送機正常運行時，即牽引裝置非工作狀態時，夾帶液壓缸伸出，推動抬滾向下運動，使傳動滾筒與下輸送帶脫離，抬滾最終相當于托輥，只拖住下輸送帶。

圖3 摩擦牽引裝置截面圖

2 牽引裝置設計計算

摩擦牽引裝置的牽引力即為伸縮機構的運行阻力，受力簡圖如圖4所示，按照極限坡度16°計算，主要承受傾斜阻力、滾動摩擦阻力、輸送帶與托輥的線性摩擦阻力、銷軸旋轉阻力。由于伸縮機身展開最大長度約45 m，在牽引裝置驅動過程中輸送機不受物料壓力，伸縮機身自身托輥與輸送帶的線性摩擦阻力可忽略不計。另由于伸縮機身伸縮時，每個鉸接單元為獨立運行，即一個單元運動到極限位置時下一個單元才會運動，銷軸旋轉阻力不會疊加，該部分阻力也可忽略，主要運行阻力為

圖4 負載運行阻力分析

式中：G為伸縮機身總質量；μ為伸縮機身與軌道滾動摩擦系數,取μ=0.1；α為伸縮機身極限坡度傾角，取α=16°。

摩擦牽引裝置的核心計算在于輸出牽引力的確定，在工作狀態時，下輸送帶在傳動滾筒之上形成了120°的圍包角，牽引力的傳遞符合歐拉公式

式中：FU為牽引裝置牽引力；T2為驅動滾筒傳送帶遠離點張力；μ為輸送帶與包膠傳動滾筒摩擦系數，取μ=0.35；φ為輸送帶在驅動滾筒之上的包絡角，取φ=120°。

由于伸縮機身及牽引裝置安裝于帶式輸送機靠近尾部處，驅動滾筒輸送帶繞出點張力T2與尾部滾筒張力近似相等，而掘進配套帶式輸送機尾部滾筒張力一般都在40 000 N以上，故牽引裝置牽引力至少在43 000 N以上，完全滿足伸縮機身的動力需求。

若將牽引裝置中的下抬滾設置為1個，在夾帶液壓缸的作用下，抬滾與傳動滾筒直接夾緊下輸送帶，則牽引力為

式中：FU＇為牽引裝置牽引力；FN為夾帶液壓缸作用力。

通過對比式（2）和式（3）計算結果可知，式（2）的牽引力明顯優于式（3），在按照歐拉公式傳遞牽引力時，即使出現打滑，增大驅動滾筒輸送帶繞出點張力即可增大牽引力。而按照經典力學式（3）計算牽引力時，增大正壓力轉化成牽引力的效率較低，若液壓缸提供的正壓力過大，反而對牽引機架與滾筒受力不利。因此可見本文所研究的牽引裝置，結構合理，能夠傳遞的牽引力較大。

3 牽引裝置特點

摩擦牽引裝置與伸縮機身及快掘邁步式自移機尾配合使用，在煤礦巷道掘進一定范圍內，不增加帶式輸送機機身，解決了掘進工作面運輸帶式輸送機跟進效率滿的技術難題，具有如下特點：

1）牽引裝置以輸送帶為支點，輸出牽引扭矩不受地面工況條件的限制，牽引扭矩大；

2）牽引裝置以輸送帶為導向，沿下輸送帶前移，不易偏離中心線；

3）牽引裝置依靠摩擦傳動，出現機械卡死時自動打滑，能有效地保護伸縮機身不受損壞；

4）牽引裝置在輸出牽引力時，夾緊承受張力的下輸送帶可正反旋轉，即可雙向受力，能適應凹凸起伏的復雜巷道；

5）牽引裝置不需要打錨固點，工作效率高，人員勞動強度低。

4 結語

帶式輸送機伸縮機身牽引裝置，巷道適應性強、工作效率高、輸出牽引力大、不易出現跑偏、人員勞動強度低，能夠解決現代化礦井巷道快速掘進時配套帶式輸送機跟進速度不匹配的技術難題，有助于推動礦井向高產高效、智能化等方向發展。