掘進機第一運輸機防卡鏈裝置的設計分析

任 煜

（王村煤業公司， 山西 大同 037000）

引言

掘進機第一運輸機卡鏈故障經常出現在第一運輸機被懸臂式使用時，對生產效率與連續性有很大的影響。因此，分析了第一運輸機出現卡鏈故障的主要原因，設計了第一運輸機的防卡鏈裝置，設計與驗證分析的有限元和理論計算，可為解決掘進機第一運輸機卡鏈故障提供參考。

1 常規第一運輸機出現卡鏈的原因

第一運輸機是掘進機的主要構成部分，其工作效率會對掘進機在井下的不間斷生產與運輸效果有直接的影響。在第一運輸機中卡鏈是非常普遍的故障。圖1 即為常規第一運輸機結構圖，從圖1 可以看出，螺栓緊固把壓鏈板固定到溜槽上。當掘進機在掘進時，溜槽中有刮板鏈組件在第一運輸機的驅動裝置推動下滑動，能夠控制溜槽內刮板鏈組件的高度是壓鏈板，其作用是能夠避免刮板鏈組件有飄鏈等故障發生，由于壓鏈板在固定溜槽是使用了螺栓緊固，因此，壓鏈板的最底部和溜槽中板垂直，并且其距離是固定值不能調整。如果被運輸的物料是勃度或運輸尺寸都比較大，刮板鏈組件就會被卡住，致使第一運輸機有卡鏈發生，乃至會被卡死[1-2]。

圖1 常規第一運輸機結構圖

2 設計防卡鏈結構

依據分析可以得知引起卡鏈的原因，通過改進與完善第一運輸機的構造，改變連接溜槽和壓板鏈的方法，把之前的螺栓緊固變成調整油缸達到連接的目的。防卡鏈裝置在被改進之后，并對其壓鏈板的最底部垂直于溜槽中板的距離進行調整，按照物料的勃度和尺寸等狀況，能夠很好地預防其產生卡鏈現象，圖2 即為被改進之后的防卡鏈裝置結構圖。

圖2 防卡鏈裝置結構圖

在防卡鏈裝置內，導向塊與溜槽的連接方式是焊接，兩個圓軸能夠使壓鏈板在所在的導向塊內高低移動，調整油缸的上、下部分別經過緊固螺栓、銷軸和溜槽、壓鏈板相聯接，壓鏈板的最底部垂直于溜槽中板的距離的調整能夠經過改變調整油缸的運動軌跡來完成[3-4]。

3 設計防卡鏈裝置的參數和校核強度

防卡鏈裝置改進后會受到的作用力有驅動力FQ與運輸阻力FZ。

把現存的某機型掘進機的第一運輸機作為案例，對第一運輸機在最差時的工作狀況進行模擬，就刮板鏈組件被卡死的情況來設計其參數與強度的校核。

3.1 設計的參數

1）運輸阻力公式為：

式中：q0為刮板鏈組件在單位長度的質量，取91 kg/m；L 為運輸機的長度，取13 m；q 為運輸機在單位長度物料運輸的平均質量，取610 kg/m；W 為槽中的物料在移動時阻力系數，取0.8；β 為運輸機的傾斜度數，取12°；f 代為槽中的刮板鏈組件在移動時的阻力系數，取-0.25。將數值帶入公式得出：Fz=82 214 N。

2）運輸驅動力的公式為：

式中：n 為運輸機中的馬達數量，取2；M 為電機輸出轉矩或運輸機馬達，取8 818 Nm；R 為運輸機驅動輪半徑，取0.14 m。將數值帶入公式得出：FQ=125 971 N。

3）調整油缸的拉力公式為：

式中：k 為調整油缸的數量，取2。將數值帶入公式得出FG=43 757 N。

4）單邊壓鏈板底部摩擦力最大值公式為：

將數值帶入公式得出：FM=21 878.5 N。

3.2 強度校核

依據上面設計的參數計算，建模是以其結果為基礎在Creo 上完成的，并使用有限元分析進行校驗。由于在運行的時候調整油缸的運行軌跡是不能調整的。所以，可以用圓棒代表調整油缸的模型，并對每個部件在防卡鏈裝置處在卡死的情況下的受力狀況。

ANSYS 里導入的是三維模型是被簡化之后的，并對以下參數進行了設定：每個部件的泊松比、彈性模型和材料等。并把其劃分成網格，模型被劃分之后會有18 794 個節點，8 251 個網格數，全部約束著溜槽底部，其溜槽存在于防卡鏈裝置，與X 軸方向相同（與刮板鏈運輸方向相同）的作用力21 878.5 N 作用到壓鏈板底部[5]。模塊Solution 在被點擊之后即能求解也計算，圖3 即為其結果。

圖3 防卡鏈裝置應力和變形量有限元分析圖

依據分析ANSYS 模型的結果，表1 即為防卡鏈裝置每個部件應力和變形量數值表。

表1 防卡鏈接裝置部件應力和變形量數值表

從表2 中可以看出，設計防卡鏈裝置時，其安全系數要滿足所有的主要部件。

表2 防卡鏈接裝置主要部件材質和安全系數表

4 結論

1）經過分析認為能夠致使掘進機第一運輸機卡鏈故障產生的原因是無法調整壓鏈板垂直于溜槽中板的距離，為此來改進第一運輸機的構造，經過把調整油缸安裝在溜槽，能夠改變壓鏈板底部垂直于溜槽中板的距離，把導向板焊接在溜槽上，能夠承受來自刮板鏈在運行時所形成的摩擦力，預防調整油缸受到徑向力作用，保證調整油缸受到的力只是軸向力。

2）防卡鏈裝置被改進后，對其創建了力學模型，并對其受力情況進行分析，實現了最重要的設計參數并進行計算，防卡鏈裝置的三維模型的建立依據的是選擇的設計參數，分析有限元分析軟件內導入的模型，而且分析的結果能夠滿足設計所需要的所有要求。