EBZ135懸臂式掘進(jìn)機(jī)裝運(yùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

黃麗琴，廉自生

（1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024；2.太重煤機(jī)有限公司 技術(shù)中心，山西 太原 030032）

1 概述

EBZ135懸臂式掘進(jìn)機(jī)是太重煤機(jī)有限公司為煤礦掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)品系列化而自行開發(fā)設(shè)計(jì)的一種中型掘進(jìn)機(jī)，主要應(yīng)用于煤巖抗壓強(qiáng)度≤70MPa的煤巷、半煤巖巷以及軟巖的巷道、隧道掘進(jìn)，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)切割、裝載、運(yùn)輸作業(yè)。EBZ135懸臂式掘進(jìn)機(jī)由10個(gè)部分組裝而成，分別是截割機(jī)構(gòu)、裝載機(jī)構(gòu)、運(yùn)輸機(jī)構(gòu)、主機(jī)架裝配、行走機(jī)構(gòu)、后支撐裝置、液壓系統(tǒng)總成、水系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)。各部分功能如下：截割機(jī)構(gòu)可上下、左右移動(dòng)，截割出符合巷道要求的斷面形狀及尺寸；裝載機(jī)構(gòu)在油缸作用下在上抬位置配合掘進(jìn)機(jī)行走、接地位置配合掘進(jìn)機(jī)截割作業(yè)，與運(yùn)輸機(jī)構(gòu)一起將截割落下的物料運(yùn)離工作面；主機(jī)架位于機(jī)身中部，負(fù)責(zé)連接機(jī)器各部分，物料經(jīng)由主機(jī)架下方的龍門通過；行走機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)掘進(jìn)機(jī)的行走；后支撐裝置位于機(jī)身后部，負(fù)責(zé)承載液壓系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)，提供與后配套設(shè)備的接口。

在掘進(jìn)機(jī)開拓巷道的作業(yè)中，裝載機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)收集截割頭切割運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的落煤、夾矸，并借助星輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)將它們推入裝載機(jī)構(gòu)鏟板中部的運(yùn)輸通道中。掘進(jìn)機(jī)運(yùn)輸通道由鏟板中部槽、運(yùn)輸機(jī)構(gòu)溜槽、鏈輪驅(qū)動(dòng)裝置、刮板鏈組件以及從動(dòng)輪裝置構(gòu)成。裝載機(jī)構(gòu)與運(yùn)輸機(jī)構(gòu)雖屬于不同的部分，但需共同配合才能完成物料裝載運(yùn)輸任務(wù)，所以，在這里我們將其統(tǒng)稱為裝運(yùn)系統(tǒng)。通常，在煤巷掘進(jìn)時(shí)，還需要配置后配套設(shè)備即帶式轉(zhuǎn)載機(jī)，其與掘進(jìn)機(jī)后支撐裝置相連。運(yùn)輸物經(jīng)掘進(jìn)機(jī)裝運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)入轉(zhuǎn)載機(jī)皮帶，并最終進(jìn)入巷道皮帶運(yùn)輸機(jī)，運(yùn)出巷道。為避免造成落煤堆積和掘進(jìn)機(jī)后退困難，在裝運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)匹配方面需滿足轉(zhuǎn)載速度＞運(yùn)輸速度＞裝載速度，并且應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、剛度大、耐磨損、安全可靠的要求。

2 EBZ135掘進(jìn)機(jī)裝運(yùn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理及作用

掘進(jìn)機(jī)裝載機(jī)構(gòu)由鏟板、星輪驅(qū)動(dòng)裝置、從動(dòng)輪裝置等組成。鏟板由主鏟板及側(cè)鏟板經(jīng)高強(qiáng)度螺栓連接而成，鏟板總寬2.8m，采用中心對(duì)稱雙面傾角結(jié)構(gòu)，鏟板前端亦設(shè)計(jì)成大傾角結(jié)構(gòu)，有利于裝煤和清底。星輪驅(qū)動(dòng)裝置是由同一油路下的兩個(gè)控制閥各自控制一個(gè)液壓馬達(dá)，對(duì)弧形三齒星輪進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并能夠獲得均衡的流量，確保星輪在平穩(wěn)一致的條件下工作，提高工作效率，降低故障率。星輪動(dòng)力由徑向柱塞液壓馬達(dá)提供，選用意大利進(jìn)口產(chǎn)品英特姆IAM.H4系列，馬達(dá)排量為1 200mL／r，星輪轉(zhuǎn)速為33r／min，裝載能力達(dá)204m3／h。

運(yùn)輸機(jī)構(gòu)位于機(jī)體中部，分前溜槽和后溜槽兩部分，前、后溜槽用高強(qiáng)度螺栓聯(lián)接，運(yùn)輸機(jī)前端通過銷軸與主鏟板和主機(jī)架相連，后端通過高強(qiáng)度螺栓固定在主機(jī)架上。采用兩個(gè)液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)鏈輪，帶動(dòng)刮板鏈組實(shí)現(xiàn)物料運(yùn)輸。張緊裝置采用絲杠加彈簧緩沖的結(jié)構(gòu)，對(duì)刮板鏈的松緊程度進(jìn)行調(diào)整。溜槽底板呈直線形狀，保證運(yùn)輸順暢，提高溜槽及刮板使用壽命。主動(dòng)鏈輪動(dòng)力由兩個(gè)徑向柱塞液壓馬達(dá)共同提供，液壓馬達(dá)選用英特姆IAM.H2系列，馬達(dá)排量為400mL／r，刮板鏈速為61m／min，運(yùn)輸能力達(dá)264m3／h。隨著煤礦資源整合與重組，各地的可采煤層條件差別較大，有的煤礦煤質(zhì)條件好，煤巖硬度較低，有的煤礦煤巖硬度高，夾矸多。太重煤機(jī)公司EBZ135掘進(jìn)機(jī)有兩種結(jié)構(gòu)形式的裝運(yùn)系統(tǒng)，分別適合不同的巷道條件，可供用戶選用。

3 中雙鏈型裝運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中雙鏈型掘進(jìn)機(jī)裝運(yùn)系統(tǒng)采用中雙鏈刮板形式，刮板鏈結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 刮板鏈組件（中雙鏈型）

上刮板、下刮板由高強(qiáng)度螺栓聯(lián)接，鏈環(huán)處于上、下刮板之間，鏈條間距120mm。運(yùn)輸機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)鏈輪，帶動(dòng)刮板鏈組件沿溜槽底部運(yùn)行。驅(qū)動(dòng)鏈輪外徑為Φ244mm，五齒均布，驅(qū)動(dòng)輪裝置見圖2。

圖2 驅(qū)動(dòng)輪裝置（中雙鏈型）

從動(dòng)輪裝置設(shè)于裝載機(jī)構(gòu)鏟板前端，采用五齒鏈輪形式，工作時(shí)鏈環(huán)沿著鏈輪齒面滑移，鏈輪起嚙合過渡和導(dǎo)向作用，輪齒頂端直徑為Φ208mm。從動(dòng)輪裝置結(jié)構(gòu)形式見圖3。

圖3 從動(dòng)輪裝置（中雙鏈型）

4 邊雙鏈型裝運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

邊雙鏈型的刮板采用單一零件，并且刮板長度縮短，利用連接環(huán)將刮板與鏈環(huán)聯(lián)成一體，裝拆方便。兩鏈條間距為420mm，所有能通過掘進(jìn)機(jī)龍門（在主架下段，前溜槽上方，高度為400mm）的煤塊或矸石均可由其帶動(dòng)沿溜槽進(jìn)入掘進(jìn)機(jī)后部的帶式轉(zhuǎn)載機(jī)，并轉(zhuǎn)運(yùn)出巷道。邊雙鏈型刮板鏈組件結(jié)構(gòu)形式見圖4。相應(yīng)地，邊雙鏈型從動(dòng)輪裝置在采用邊雙鏈配置后，從動(dòng)輪形狀也發(fā)生了變化，由五齒形變?yōu)榄h(huán)槽形，鏈輪外徑為Φ175mm，僅起導(dǎo)向作用。

圖4 刮板鏈組件（邊雙鏈型）

5 中雙鏈型與邊雙鏈型裝運(yùn)系統(tǒng)比較

EBZ135掘進(jìn)機(jī)雙鏈型裝運(yùn)系統(tǒng)中，鏈條位于中間位置，強(qiáng)度高，并且鏈環(huán)由上、下刮板連接固定，可以繃直，減少了對(duì)溜槽底板的磨損。相同使用時(shí)間內(nèi)鏈條的下垂量較小，并且在裝運(yùn)系統(tǒng)遇到卡阻需要倒鏈時(shí)不易松脫。這種結(jié)構(gòu)適合于煤巖硬度比較低、有少量夾矸的場合，尤其是切割煤巖抗壓強(qiáng)度為50MPa～65MPa的場合。

EBZ135掘進(jìn)機(jī)邊雙鏈型裝運(yùn)系統(tǒng)中，鏈條位于刮板兩側(cè)，鏈條間距加大，當(dāng)運(yùn)送物料時(shí)不會(huì)因其卡在鏈條之間造成鏈條“別勁”而出現(xiàn)卡鏈現(xiàn)象，鏈條反向回轉(zhuǎn)即倒鏈時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生“脫鏈”現(xiàn)象。但鏈條由連接環(huán)固定，需定期緊鏈，并且在相同使用時(shí)間內(nèi)鏈條的下垂量較大。這種結(jié)構(gòu)形式適用于煤巖硬度比較高（煤巖抗壓強(qiáng)度為60MPa～70MPa，局部可達(dá)75MPa）的場合。

以上兩種裝運(yùn)系統(tǒng)中，鏈輪材料均選用35CrMo，整體調(diào)質(zhì)處理后環(huán)槽部分進(jìn)行表面淬火處理，以提高其耐磨性。對(duì)于18mm×64mm規(guī)格的鏈環(huán)，從動(dòng)輪環(huán)槽尺寸設(shè)計(jì)為24mm×32.5mm（寬度×深度）。上下刮板之間以及刮板與連接環(huán)的連接均采用高強(qiáng)度螺栓和美國施必牢防松螺母，有效地保證了螺紋副的連接可靠性。

6 結(jié)束語

通過對(duì)EBZ135掘進(jìn)機(jī)兩種裝運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)和研究，制造的這兩種機(jī)型根據(jù)各自不同的特點(diǎn)，應(yīng)用在不同場合，不僅滿足了產(chǎn)品系列化開發(fā)的需求，同時(shí)對(duì)于EBZ135掘進(jìn)機(jī)的使用單位也提供了個(gè)性化的服務(wù)，可以根據(jù)煤層條件進(jìn)行選擇，減少設(shè)備的磨損與損壞，提高設(shè)備工作效率。