礦用自卸式單軌吊料箱的設(shè)計(jì)分析

韓 濤

（山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司五陽煤礦，山西 長(zhǎng)治 046200）

引言

在煤礦生產(chǎn)的過程中，需要從地面向井下輸送大量的物料，而裝卸物料的工具是礦車，在借助地軌將物料輸送到工程現(xiàn)場(chǎng)，同時(shí)需要工作人員完成裝卸。如不能較好地調(diào)整工作人員的裝卸過程，將可能導(dǎo)致出現(xiàn)安全事故，經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)人工裝卸過程中安全隱患，是導(dǎo)致人力與工作效率低下的主要原因。因此，針對(duì)當(dāng)前運(yùn)輸系統(tǒng)的需要，設(shè)計(jì)出了自卸式單軌吊料箱。該料箱選用機(jī)械的形式進(jìn)行控制，這樣可以對(duì)底門的打開與關(guān)合進(jìn)行控制，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)半自動(dòng)化卸料，能夠有效地處理礦車運(yùn)輸卸料。在對(duì)箱底地門控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)單軌吊料箱底部能自動(dòng)開門以及關(guān)門，從而可以有效地提高卸載效率，以及實(shí)現(xiàn)降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

1 單軌吊料箱整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求

在設(shè)計(jì)之前，可以根據(jù)井下工況以及生產(chǎn)需要，單軌吊料箱設(shè)計(jì)時(shí)需要滿足如下幾個(gè)方面的需要：

1）安全性能好。通常是指單軌吊料箱不僅可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械工作，而且要能夠?qū)崿F(xiàn)本質(zhì)安全。各個(gè)機(jī)構(gòu)組成必須滿足機(jī)械控制的需要。機(jī)械各個(gè)連接位置必須保證牢固，同時(shí)需要設(shè)置雙保險(xiǎn)固定連接形式，從而可以起到雙層保護(hù)的作用。在配件結(jié)構(gòu)與形狀設(shè)計(jì)方面，必須滿足工程需要。通常整體單軌吊料箱強(qiáng)度必須滿足井下工況需要。對(duì)于位于懸掛位置的吊環(huán)而言，在進(jìn)行卸料的過程中只需要相關(guān)工作人員操作機(jī)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)機(jī)械卸載功能，從而能夠有效地提高安全系數(shù)。

2）密封性好。因此在設(shè)計(jì)單軌吊料箱時(shí)，其需要往井下運(yùn)輸各種配件，為此必須保證吊料箱具有良好的密封性，從而能夠防止出現(xiàn)物料泄漏的現(xiàn)象。假如物料箱裝滿后，需要將箱體包裹嚴(yán)實(shí)。

3）卸載方便。對(duì)于裝卸而言，箱體控制結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，當(dāng)處于橢圓形滑道位置時(shí)，可以對(duì)滑塊以及軸進(jìn)行控制，從而可以有效地控制底門張合工裝狀態(tài)。要想能夠有效地降低勞動(dòng)強(qiáng)度，必須有效地計(jì)算出滑道之間的間隙。滑動(dòng)間隙必須保持合適的長(zhǎng)度，從而能夠順利地卸載物料。與此同時(shí)，保證物料的完整性。

4）容積大小適中。必須保證單軌吊料容積合適，這樣可以有效地保證井下工程的需要，同時(shí)需要保證單軌吊運(yùn)輸系統(tǒng)保持一定的承載能力。

經(jīng)過上述分析可以看出，必須從控制機(jī)構(gòu)單元、容積單元、密封性、安全性等進(jìn)行分析，從而可以確定如下設(shè)計(jì)方案。

2 料箱控制機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析

在整個(gè)料箱中，控制結(jié)構(gòu)是核心單元，因此在設(shè)計(jì)自動(dòng)卸料箱時(shí)，將其設(shè)計(jì)成為機(jī)械時(shí)機(jī)構(gòu)，其中該結(jié)構(gòu)包括[1]T型滑道架、控制鏈、制軸、翼型控制滑塊等。其中，將T型滑道以及控制軸設(shè)計(jì)成為固定形式，而控制鏈選用井下刮板用鏈子，而相應(yīng)的將控住滑塊設(shè)計(jì)成為翼型，如下頁圖1為相應(yīng)的控制機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。

圖1 控制機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖

結(jié)構(gòu)連接方面：可以借助螺栓與箱體將T型滑道架固定在一起，相應(yīng)的連接形式選用螺母與銷子進(jìn)行固定，這樣也可以起到雙重保護(hù)的作用。為了能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)卸料的效果，通常需要設(shè)置良好的滑動(dòng)間隙。依據(jù)單軌吊料箱的寬度以及相應(yīng)的高度，從而能夠推算出合適的長(zhǎng)度間隙。假如出現(xiàn)間隙過大，那么在卸料的過程中底門位置將會(huì)出現(xiàn)張口過大，從而導(dǎo)致物料出現(xiàn)急速下降的趨勢(shì)，進(jìn)而產(chǎn)生較大的沖擊，最終將導(dǎo)致物料出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象。假如設(shè)置的間隙過小，那么在卸料的過程中張口將會(huì)變小，從而出現(xiàn)卡死物料的現(xiàn)象，最終嚴(yán)重影響卸料。由此可以看出，要控制滑道間隙，這樣不僅可以有效地保證卸料的順利性，而且可以有效地保證物料的完整性。由于料箱懸掛在單軌吊運(yùn)輸系統(tǒng)上，通常情況下可以借助懸掛軌道將其輸送到井下車場(chǎng)，由此可以看出需要借助焊姐鋼筋加工的吊環(huán)，同時(shí)必須保證鋼筋的強(qiáng)度能夠承受裝載料箱的重量。

3 料箱容積的設(shè)計(jì)分析

在對(duì)箱體容積規(guī)格進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，不僅需要保證煤礦井下物料的工作需要，而且還需要考慮單軌吊運(yùn)輸?shù)某休d能力。該礦單軌吊承載能力一般在25~30 t，該料箱容積為2.7 m3，相應(yīng)的物料密度需要依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，通常總重可以達(dá)到20.6 t，因此能夠滿足單軌吊的承載能力，可以達(dá)到工作的需要。

4 料箱密閉性的設(shè)計(jì)分析

在對(duì)單軌吊料箱箱體進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，必須充分考慮水泥、沙子等細(xì)小物料的密封問題。一般可以在箱體前后門以及相應(yīng)的底門位置焊接舌板，這樣當(dāng)箱體內(nèi)裝滿貨物時(shí)，那么舌板將包裹箱體，從而達(dá)到密封的效果。

5 料箱強(qiáng)度的設(shè)計(jì)分析

箱體結(jié)構(gòu)包括如下兩個(gè)重要單元：框架、外敷鐵板單元，其中內(nèi)框架選用50 mm×70 mm的方管焊接而成，而相應(yīng)的框架四面用需要使用厚5 mm板敷焊，這樣不僅對(duì)箱體外觀起到美化的效果，而且能夠保證箱體底部平整，從而可以有效地提高裝卸料的效率。

6 單軌吊料箱控制機(jī)構(gòu)自動(dòng)卸載結(jié)構(gòu)原理

自動(dòng)裝卸單元主要是有如下幾個(gè)機(jī)構(gòu)組成：T型滑道及控制軸、控制軸、翼型控制滑塊。其中，可以將控制軸外形設(shè)計(jì)成為圓柱，同時(shí)需要在控制軸設(shè)置在翼型控制滑塊兩側(cè)的橢圓形滑道內(nèi)。將控制軸和料箱前后門固定一起之后，能夠把改變翼型控制滑塊以及相應(yīng)的控制軸固定，這樣可以有效地控制底門的張合。當(dāng)處于卸載的工作狀態(tài)時(shí)，可以通過向上拉緊控制量，進(jìn)而能夠有效地保證帶動(dòng)翼型控制滑塊沿著T型滑塊運(yùn)動(dòng)，最終可以開啟底門。反之，關(guān)閉底門。該控制結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，加工成本也不高。同時(shí)在功能方面，其能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化的卸料，進(jìn)而大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，從而可以優(yōu)化卸料安全系數(shù)，圖2表示相應(yīng)的單軌吊料箱工作示意圖。

圖2 單軌吊料箱工作示意圖

7 關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)

1）T型滑道可以借助螺栓以及箱體進(jìn)行固定，其連接形式可以使用螺母與銷子進(jìn)行固定，從而可以起到雙層保護(hù)的效果。

2）起吊環(huán)必須滿足高強(qiáng)度作業(yè)的需要，其焊接形式采用滿焊。在進(jìn)行卸載的過程中，僅僅需要工作人員操作控制鏈，從而能夠極大地提高操作人員的安全性。

3）必須計(jì)算出合理的間隙，假如出現(xiàn)間隙過大時(shí)，將出現(xiàn)底門口張開過大，從而導(dǎo)致物料快速下落，這樣物料將會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊力，最終導(dǎo)致物料與卸料場(chǎng)地出現(xiàn)損壞。當(dāng)出現(xiàn)間隙過小時(shí)，由于底門張開較小，那么將會(huì)引起物料卡住，從而導(dǎo)致物料不能正常卸載，最終將需要投入更多的人力。因此需要設(shè)計(jì)合適的滑道間隙，從而可以物料順利的卸載。

4）將控制軸以及相應(yīng)的翼型控制滑塊涉及的傳動(dòng)滑道單元設(shè)計(jì)成為橢圓形，從而可以把控制軸與料箱前后門連接在一起，由于控制軸為圓柱形，并且將翼型控制滑塊的兩側(cè)設(shè)計(jì)成為兩個(gè)橢圓形滑道。從整體上來看，滑動(dòng)過程為圓弧形，該設(shè)計(jì)可以有效地降低摩擦。

5）在料箱前后設(shè)置有起吊環(huán)，這樣在進(jìn)行卸料的過程中，只需要工作人員借助控制鏈進(jìn)行操作即可完成，從而大大提高了工作人員的安全性。

6）通常需要在底門位置設(shè)置兩層板焊，這樣可以有效地防止笨重物體砸壞箱體，從而保證箱體平整性。

7）設(shè)計(jì)合理的箱體容積，不僅可以有效地優(yōu)化單軌吊的承載能力，而且可以滿足煤礦井下對(duì)物料的運(yùn)輸能力。

8 結(jié)論

該系統(tǒng)在物料運(yùn)輸方面不僅可以有效地簡(jiǎn)化運(yùn)輸環(huán)節(jié)，而且能夠降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)由于該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于操作以及自動(dòng)化程度高，從而具有在卸料環(huán)節(jié)高本質(zhì)安全的特點(diǎn)。該系統(tǒng)還可以體現(xiàn)環(huán)保的特點(diǎn)，無污染、噪聲小，得到了推廣應(yīng)用。