綜采工作面運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架改進(jìn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

沈 浩

（鐵法煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司大隆礦，遼寧 鐵嶺 112700）

1 問(wèn)題提出

鐵法煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司大隆礦地質(zhì)條件復(fù)雜，整體為東高西低，采用偽斜式布置采煤法，因東二采區(qū)煤層傾角為2°～12°，回采過(guò)程中運(yùn)輸機(jī)受重力原因向運(yùn)順?lè)较蛭灰疲斐蛇\(yùn)輸機(jī)卸貨口長(zhǎng)度經(jīng)常出現(xiàn)不足0.8 m 的情況，致使運(yùn)煤系統(tǒng)不暢通。

2 運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架改進(jìn)設(shè)計(jì)方案

2.1 運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭設(shè)計(jì)總圖

運(yùn)輸機(jī)適用于煤礦井下緩傾斜、中厚、薄煤層回采工作面，刮板輸送機(jī)是一種利用撓性牽引機(jī)構(gòu)運(yùn)行的連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械，可以實(shí)現(xiàn)采煤工作面運(yùn)、裝、卸煤的機(jī)械化，能清理工作面浮煤。刮板輸送機(jī)是采煤機(jī)的運(yùn)行軌道，刮板輸送機(jī)由電動(dòng)機(jī)傳遞給鏈輪軸組，以現(xiàn)回采的綜采工作面為左工作面為例對(duì)運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架、壓塊進(jìn)行改進(jìn)，保證鏈輪軸組運(yùn)行安全穩(wěn)定，滿足使用要求。運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架總圖如圖1。

圖1 運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架總圖

2.2 運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架改進(jìn)設(shè)計(jì)

運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架是連接、支承和裝配機(jī)頭傳動(dòng)裝置 (電動(dòng)機(jī)、液力聯(lián)軸器、減速器)、鏈輪軸組、壓塊以及其他附屬裝置的構(gòu)件，是由厚鋼板焊接而成的，具有較高的強(qiáng)度和剛度。對(duì)機(jī)頭架的基本結(jié)構(gòu)要求是兩側(cè)結(jié)構(gòu)必須相同，便于左右工作面交替使用和雙側(cè)驅(qū)動(dòng)。運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架與運(yùn)輸機(jī)過(guò)渡槽、中部槽連接形成完整運(yùn)輸機(jī)機(jī)構(gòu)。

原運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架全長(zhǎng)2780 mm，寬度1450 mm，高度1200 mm。對(duì)機(jī)頭架進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，首先是對(duì)機(jī)頭架的支撐鏈輪軸組的部分進(jìn)行改進(jìn)。鏈輪軸組安裝在機(jī)頭架內(nèi)，鏈輪軸組左右是通過(guò)定位卡塊來(lái)固定的，鏈輪軸組前后是通過(guò)兩側(cè)壓塊來(lái)固定的，保證鏈輪軸組在工作的過(guò)程中不移動(dòng)。使用前必須對(duì)運(yùn)輸機(jī)的鏈條進(jìn)行緊鏈操作，緊鏈后運(yùn)輸機(jī)鏈輪軸組和鏈條緊密嚙合，如圖2 所示，受鏈條的拉力，無(wú)論運(yùn)輸機(jī)正向運(yùn)行還是反向運(yùn)行，鏈輪軸組前后固定位置都不會(huì)發(fā)生改變。固定鏈輪軸組前后位移的卡塊在不更換鏈條和鏈輪軸組的情況下對(duì)鏈輪軸組的固定只是起到一個(gè)保護(hù)作用，可以對(duì)機(jī)頭架支撐鏈輪軸組的部分進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

圖2 鏈輪組件與鏈條受力圖

運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架采用Q235A 碳素結(jié)構(gòu)鋼板材加工制造，Q235A 抗拉強(qiáng)度370 ～500 MPa，屈服強(qiáng)度235 MPa，伸長(zhǎng)率26%，熱處理采用熱軋方式。

首先通過(guò)火焰切割的方法將運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架兩側(cè)支撐鏈輪軸組處切割掉200 mm 長(zhǎng)度，切割后對(duì)切割面進(jìn)行打磨，打磨后保證機(jī)頭架兩個(gè)切割面平行度為0.1 mm，表面粗糙度達(dá)到6.3；其次在距機(jī)頭架兩個(gè)切割平面30 mm 的位置使用鉆床加工8 個(gè)Ф40 mm 圓孔，孔距為100 mm，用來(lái)安裝螺紋卡塊；繼續(xù)使用鉆床在機(jī)頭架與卡塊固定孔下上各100 mm 位置、間距50 mm 處鉆16 個(gè)Ф23 mm 圓孔；最后將16 個(gè)Ф23 mm 圓孔攻絲成M24 螺紋孔。改進(jìn)設(shè)計(jì)后的運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架總體尺寸為全長(zhǎng)2570 mm、寬度1450 mm、高度1200 mm，比改進(jìn)設(shè)計(jì)前全長(zhǎng)縮短210 mm。運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架改進(jìn)加工工序：切割-打磨-鉆孔-攻絲，各角和邊進(jìn)行圓角加工。如圖3 所示為加工前與加工后的變化。

圖3 加工改進(jìn)前與加工改進(jìn)后對(duì)比圖（mm）

2.3 運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架壓塊改進(jìn)設(shè)計(jì)

壓塊的主要作用就是按運(yùn)輸機(jī)運(yùn)煤方向，將鏈輪軸組裝入機(jī)頭架端頭的缺口內(nèi)時(shí)，通過(guò)壓塊和螺栓來(lái)固定鏈輪軸組，防止鏈輪軸組位移的零件。

運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架壓塊是左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)，可適應(yīng)于左、右工作面互換要求。壓塊由壓塊本體、壓塊固定孔、壓塊導(dǎo)向塊三部分組成。壓塊固定孔主要是通過(guò)螺栓將運(yùn)輸機(jī)壓塊與運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架固定；壓塊導(dǎo)向塊與運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架導(dǎo)向面相配合，主要起到固定和安全定位的作用，如圖4 所示。

圖4 運(yùn)輸機(jī)壓塊加工改進(jìn)后與加工改進(jìn)前對(duì)比圖

運(yùn)輸機(jī)壓塊加工改進(jìn)后全長(zhǎng)為250 mm，寬度為100 mm，高度為785 mm，比改進(jìn)設(shè)計(jì)前全長(zhǎng)縮短50 mm。壓塊采用Q235A 碳素結(jié)構(gòu)鋼板材加工制造而成，Q235A 抗拉強(qiáng)度370～500 MPa，屈服強(qiáng)度235 MPa，伸長(zhǎng)率26%，熱處理采用熱軋方式。加工工序：下料-粗銑-精銑-精鏜-鉆孔-打磨。

運(yùn)輸機(jī)壓塊的下料選用長(zhǎng)度270 mm、寬度800 mm、100 mm 厚的鋼板。首先進(jìn)行粗銑加工，將鋼板按照安裝工藝要求進(jìn)行切割，完成輪廓尺寸，表面粗糙度達(dá)到12.5；再次進(jìn)行精銑、精鏜、鉆孔工藝加工。精銑主要以公差配合H9/e9 為基準(zhǔn)，加工與機(jī)頭架配合安裝的壓塊導(dǎo)向塊，保證與機(jī)頭架能間隙配合安裝，表面粗糙度達(dá)到6.3，壓塊兩側(cè)的斜面傾斜角度為45°，平面尺寸為100 mm×70 mm，其他基礎(chǔ)面按照尺寸要求進(jìn)行加工。精鏜主要是以同軸度為0.03 mm 為基準(zhǔn)，加工固定鏈輪軸組半圓面直徑為336 mm，表面粗糙度達(dá)到6.3。鉆孔主要加工壓塊固定孔，按間排距為50 mm×100 mm 進(jìn)行確定位置，通孔徑為8×Φ24 mm。精加工完畢后各角和邊進(jìn)行圓角打磨加工。

2.4 運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架連接件設(shè)計(jì)與選用

運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架螺栓卡塊主要作用是通過(guò)內(nèi)六角螺栓、彈簧墊圈、卡塊的配合連接，將運(yùn)輸機(jī)壓塊與鏈輪軸組緊固到位。

螺栓卡塊同樣采用Q235A 碳素結(jié)構(gòu)鋼板材加工制造而成，Q235A 抗拉強(qiáng)度370～500 MPa，屈服強(qiáng)度235 MPa，伸長(zhǎng)率26%，運(yùn)輸機(jī)卡塊加工設(shè)計(jì)后為Ф38 mm、高度96 mm 的圓柱體。首先進(jìn)行粗車加工并進(jìn)行倒圓角，表面粗糙度達(dá)到12.5；然后進(jìn)行鉆孔加工，孔徑為2×Ф23 mm，深度40 mm橫向貫穿整個(gè)卡塊；最后攻絲成M24 螺紋孔，選用M24×130 mm 國(guó)標(biāo)粗牙60°內(nèi)六角頭高強(qiáng)螺栓和24 標(biāo)準(zhǔn)彈簧墊圈（GB/T93-1987）將運(yùn)輸機(jī)壓塊與運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架固定。

2.5 運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭三維模擬裝配

通過(guò)三維設(shè)計(jì)軟件對(duì)運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架進(jìn)行模擬裝配，并進(jìn)行運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架尺寸干涉檢查。如圖5 所示為運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架裝配爆炸圖。

圖5 運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭裝配爆炸圖

3 運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架設(shè)計(jì)后應(yīng)用效果分析

運(yùn)輸機(jī)在傳統(tǒng)綜采工作面的安全生產(chǎn)中一直處于很重要地位，能夠安全有效實(shí)現(xiàn)運(yùn)煤和移架，為安全回采做出重大貢獻(xiàn)。新設(shè)計(jì)的運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架比設(shè)計(jì)前的運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架總體長(zhǎng)度減少260 mm，同時(shí)也說(shuō)明運(yùn)輸機(jī)卸貨口的長(zhǎng)度增加260 mm，為運(yùn)煤和調(diào)整運(yùn)輸機(jī)與工作面的相對(duì)位置提供了寶貴的空間，減少了因運(yùn)煤系統(tǒng)不暢通的事故影響。為了驗(yàn)證運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架設(shè)計(jì)后的應(yīng)用效果，進(jìn)行了井下現(xiàn)場(chǎng)安裝使用試驗(yàn)，正常回采400 m 的使用效果如下：

（1）運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架能夠滿足連接、支承和裝配機(jī)頭傳動(dòng)裝置及其他附屬構(gòu)件的要求。

（2）運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架使用結(jié)果良好，鏈輪軸組支撐處和圓孔均沒(méi)有出現(xiàn)變形、開裂等現(xiàn)象。

（3）鏈輪軸組齒面磨損在正常范圍內(nèi)，運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架滿足使用要求。

（4）運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架壓塊本體與鏈輪軸組配合嚴(yán)密，壓塊導(dǎo)向塊與運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架導(dǎo)向面相配合完好，壓塊固定孔沒(méi)有變形和斷裂現(xiàn)象發(fā)生。

（5）運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架螺栓卡塊沒(méi)有失效和損壞現(xiàn)象發(fā)生。

（6）選用的M24×130 mm 國(guó)標(biāo)粗牙60°內(nèi)六角頭高強(qiáng)螺栓和24 標(biāo)準(zhǔn)彈簧墊圈滿足使用要求，沒(méi)有因振動(dòng)出現(xiàn)脫落和丟失現(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)使用3D 軟件對(duì)運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架和附屬零件進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，改進(jìn)后運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，強(qiáng)度滿足要求，安裝和檢修操作簡(jiǎn)單，降低了設(shè)備損壞的頻率，減少人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（2）運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架改進(jìn)設(shè)計(jì)后，運(yùn)輸機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)的卸貨空間得到了有效保障，避免了因卸貨空間不足中斷生產(chǎn)，同時(shí)也免去人員在處理運(yùn)煤系統(tǒng)不暢通帶來(lái)的事故隱患，是綜采工作面安全生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)。改進(jìn)后井下應(yīng)用效果良好，達(dá)到預(yù)期使用要求。本文的運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭架改進(jìn)設(shè)計(jì)在運(yùn)輸設(shè)計(jì)中具有參考價(jià)值。