運輸機尾強力清煤裝置的設計與應用

席恒飛

（中煤華晉能源集團有限責任公司王家嶺煤礦，山西 河津 043300）

1 工程概況

王家嶺礦實施“一井二面”生產格局，在回采過程中工作面與兩順會出現一定的高低落差，通過調整工作面角度采用采煤機截割作業進行清除。但是從生產現場來看，運輸機尾處會有一段距離采煤機滾筒達不到，無法截割清理。這段巷道如果不能夠及時清理將直接影響綜采工作面的回采速度。原有的方法是利用人工進行清理，作業強度大，清理效率低，且安全系數小。針對這一情況，王家嶺礦技術科設計了一種運輸機尾強力清煤裝置[1-6]，依靠機械設備上的各種千斤頂動作帶動鏟斗將煤炭輕松快速地清理干凈并轉到其他位置。

2 運輸機尾強力清煤裝置的設計

2.1 結構分析

設計的綜采工作面運輸機尾強力清煤裝置結構如圖1，主要包括鏟斗、連桿、鏟斗千斤頂、翻轉千斤頂、翻轉臂、主臂、支撐千斤頂、回轉千斤頂、底座、回轉臺、副臂等部件。綜采工作面運輸機尾強力清煤裝置采用乳化液泵站供液，將液壓能轉換為機械能。

圖1 綜采工作面運輸機尾強力清煤裝置

2.2 工作原理

綜采工作面運輸機尾強力清煤裝置安裝在超前支護巷道的替棚支架底座上，利用替棚支架的移動帶動裝置整體移動，通過操作操縱閥使安設在各處的液壓千斤頂動作，完成煤炭清理工作。

2.3 關鍵技術分析

工作面生產過程中，采煤機切割到運輸機機尾時，采煤機滾筒截割不到巷道硬幫側，留有1 m 左右寬的底煤。隨著運輸機的推移，留下的底煤如果不能及時清走，將影響工作面回采推進速度。為了不影響回采速度，工作人員操作運輸機尾強力清煤裝置回轉千斤頂使挖掘臂旋轉，降主升降臂，伸翻轉臂千斤頂、鏟斗千斤頂推動鏟斗挖掘底板煤炭，挖滿一斗煤炭，升主臂再旋轉到預定位置把挖掘的煤炭卸掉，完成一個循環。隨著工作面的推進周而復始地進行煤炭清理。需要移動時，拉移替棚支架即可完成前移。運輸機尾強力清煤裝置工作流程如圖2。

圖2 運輸機尾強力清煤裝置工作流程圖

2.4 操作步驟

（1）固定清煤裝置底座。首先將強力清煤裝置底座固定在替棚支架底座上，通過替棚支架移動將強力清煤裝置移動到合適位置。

（2）鏟煤。動作支撐千斤頂帶動主臂動作調整到合適位置，動作翻轉千斤頂將翻轉臂向下，鏟斗到達煤炭處，動作鏟斗千斤頂通過連桿動作將鏟斗向下翻轉挖掘煤炭，挖完后，動作翻轉千斤頂將鏟斗抬起后動作支撐千斤頂進一步將鏟斗抬起到一定高度。

（3）卸煤。動作回轉千斤頂帶動回轉臺旋轉將鏟斗旋轉到采煤機滾筒能夠到達的位置，動作翻轉千斤頂將鏟斗抬起，將鏟斗內煤炭翻倒在此處，完成一次清理作業，然后動作回轉千斤頂使鏟斗重新回到煤炭清理處，重復以上作業進行煤炭清理作業。

2.5 先進性及創新性分析

（1）利用替棚支架底座為載體安設運輸機尾強力清煤裝置，可以實現使用的互換性。

（2）利用乳化液泵站提供的液體為動力源，將液壓能轉換為機械能工作。

（3）采用液壓原理，具有運行平穩、操作簡單、挖煤能力強的優點。

（4）各工作臂采用箱體焊接結構，結實耐用，強度高。

3 重要構件受力測算及強度校核

運輸機尾強力清煤裝置采用乳化液泵站作為動力源，乳化額定壓力31.5 MPa，乳化液泵站調定壓力30 MPa。經計算，運輸機尾強力清煤裝置每鏟斗裝滿煤炭總質量G總為0.285 t。

3.1 支撐千斤頂推力、回縮力的測算

經計算，運輸機尾強力清煤裝置支撐千斤頂推力F推為23.55 t，支撐千斤頂回縮力F縮為12 t，F推和F縮都遠大于鏟斗裝滿煤炭后G總總質量0.285 t，支撐千斤頂的選擇滿足清煤作業要求。

3.2 鏟斗滿載期間的耳座焊縫強度校核

運輸機尾強力清煤裝置各構件均采用厚度為16 mmQ235 鋼板進行焊接，其中各個千斤頂支撐連接耳座焊縫強度最弱，對耳座焊縫強度進行校核，如強度滿足要求，則可以說明該裝置所有構件強度都符合要求。

圖3 中，P為耳座焊縫受拉力，N；L為焊縫總長度，m；hf為貼腳焊縫厚度，m；n-n為破壞面。

圖3 耳座焊縫受力分析示意圖

側焊縫的剪切應力τ可采用下列公式計算：

其中：P取2793 N；hf為貼腳焊縫厚度，取0.016 m；L為焊縫總長度，取0.120 m。計算得到τ為2.06 MPa。

焊縫承受拉應力計算公式為：

計算得到σ為1.45 MPa。

綜上所述，側焊縫的剪切應力τ和焊縫承受拉應力σ都遠小于Q235 鋼板許用剪切強度160 MPa、許用抗拉強度235 MPa。運輸機尾強力清煤裝置各構件焊縫滿足安全要求，安全系數大。

4 實踐應用效果及效益分析

4.1 應用效果分析

綜采工作面運輸機機尾強力清煤裝置完成設計后，在中煤華晉能源集團王家嶺礦12303、12315兩個工作面進行了使用。從2021 年12 月至今，運輸機機尾強力清煤裝置整體運行穩定，操作平穩、簡單、可靠，1 人即可完成原來2 人的工作量，30 min 時間即可完成以往2 人1 個班的工作量，大大減輕了機尾人員清貨的作業強度。運輸機機尾強力清煤裝置具有提高工作效率、操作簡單方便、安全系數高等優點。

4.2 效益分析

綜采工作面運輸機機尾強力清煤裝置總費用為21 000.86 元，其中：使用千斤頂8 件，每件1137 元，共9096元；ZHC操縱閥2組2 000.86元；雙向鎖8件，每件133 元，共1064 元；KJ10×1 m 膠管16 根，K10×3 m膠管4根，K10×2 m膠管8根，共2080元；人工2 人，加工14 d，每個工時150 元，共4200 元；16 mm 鐵板800 kg，每千克3.2 元，共計2560 元。合計使用了21 000.86 元。

綜采工作面運輸機機尾強力清煤裝置安裝后與未安裝前相比，每班可減少2 名工人清貨，每名工人工資按照每日150 元，每班可節約300 元，圓班可節約900 元，兩個工作面10 個月可回采完，每個工作面每月按照25 d 時間生產，每個工作面月可節約2.25 萬元，兩個工作面生產完年可節約45 萬余元。