礦用刮板輸送機(jī)推移橫梁的優(yōu)化設(shè)計研究

莫芙蓉

（大同煤礦集團(tuán)機(jī)電裝備制造有限公司，山西大同037001）

0 引言

礦用刮板輸送機(jī)是煤礦井下綜采設(shè)備運(yùn)輸類機(jī)械的重要組成部分，是煤礦井下綜采工作面三機(jī)配套的基礎(chǔ)設(shè)備，它與液壓支架、采煤機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、皮帶機(jī)等協(xié)同工作，組成綜采設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行煤礦的開采工作，其用途是：1）將工作面開采下的煤炭運(yùn)至機(jī)頭卸載到轉(zhuǎn)載機(jī)，并通過皮帶機(jī)等設(shè)備運(yùn)至井上；2）與液壓支架相連接，作為支架的拖移固定點，以便采過一個截深后，完成推移的各個動作，以保證采煤循環(huán)的連續(xù)過程，實現(xiàn)高產(chǎn)、高效綜合機(jī)械化采煤；3）清理工作面浮煤的功能；4）懸掛電纜、水管、乳化液管等。刮板輸送機(jī)是一種具有撓性牽引機(jī)構(gòu)的連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械，其結(jié)構(gòu)主要由機(jī)頭傳動部（含機(jī)頭架、電動機(jī)、減速器、墊架、聯(lián)接罩等）、機(jī)尾傳動部、過渡槽、變線槽、中部槽、電纜槽、刮板鏈、液壓馬達(dá)緊鏈器、銷軌等組成，頭、尾傳動部和刮板鏈?zhǔn)瞧錉恳龣C(jī)構(gòu)，中部槽是其承載機(jī)構(gòu)。刮板輸送機(jī)的輸送能力在很大程度上決定了采煤工作面的生產(chǎn)能力和效率，而由于井下煤層復(fù)雜的賦存條件、受巷道有限斷面尺寸的要求以及工作面（水平、傾斜、上坡、下坡）等各種交錯聯(lián)接走向的影響，使得刮板輸送機(jī)在使用中要承受拉、壓、彎曲、沖擊、摩擦和腐蝕等多種作用，因此其必須要有足夠的強(qiáng)度、剛度、耐磨性、耐腐蝕性以及合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

推移橫梁作為承載刮板輸送機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾支撐及液壓支架推溜行走中的關(guān)鍵部件，其設(shè)計結(jié)構(gòu)及整體焊接質(zhì)量成為決定刮板輸送機(jī)整機(jī)使用性能的關(guān)鍵。井下綜采工作面刮板輸送機(jī)在實際使用的情況中，往往由于工

作面地質(zhì)條件、煤層實際情況、工作面走向坡度等原因，致使推移橫梁聯(lián)接頭在使用中多少會出現(xiàn)一些聯(lián)接偏差，從而導(dǎo)致井下安裝費時費力。為此，在本次可調(diào)式推移橫梁優(yōu)化設(shè)計研究中，改進(jìn)了以往橫梁固定配套推移點的布置模式，而設(shè)計成底板-橫板穿銷焊接結(jié)構(gòu)，推移線按均布排孔做成可調(diào)式推移聯(lián)接頭，從而有效解決聯(lián)接偏差問題，并能適應(yīng)不同工作面、不同布架要求，同時提高了使用效率，降低了安裝、維修的成本，為煤礦綜采工作面的高產(chǎn)、高效、低成本創(chuàng)造了必要條件。

為了響應(yīng)國家煤炭行業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的方針，為適應(yīng)煤機(jī)裝備制造業(yè)高端化的戰(zhàn)略要求，同時也為使礦方用戶更加安全高效地運(yùn)用綜采機(jī)械化采煤設(shè)備。我廠本著方便、實用、符合配套要求的原則，為礦方的使用提供便利性，在充分調(diào)研各礦井下綜采工作面刮板輸送機(jī)推移橫梁使用情況的基礎(chǔ)上，決定優(yōu)化設(shè)計此結(jié)構(gòu)的可調(diào)式推移橫梁。

1 可調(diào)式推移橫梁的設(shè)計

1.1 可調(diào)式推移橫梁用料尺寸參數(shù)的確定

為了確定此可調(diào)式推移橫梁所用材料的尺寸大小，對我廠制造的刮板輸送機(jī)推移橫梁的尺寸進(jìn)行了統(tǒng)計，如表1所示。

1.2 可調(diào)式推移橫梁相關(guān)設(shè)計參數(shù)的確定（以頭三尾三為例）

表1 布架方式統(tǒng)計表

1）推移橫梁底板、支撐板尺寸的確定，根據(jù)表1統(tǒng)計數(shù)據(jù)可得，最大布架方式為頭三尾四，最小布架方式為頭二尾二，機(jī)頭側(cè)推移橫梁布置長度在3000～4500 mm范圍之內(nèi)，機(jī)尾側(cè)推移橫梁布置長度在3000～6000 mm范圍之內(nèi)?？紤]到推移橫梁在實際工作狀態(tài)中的靈活性、便捷性以及整體的焊接和加工難易程度，將其設(shè)計為機(jī)頭（尾）推移橫梁和過渡頭（尾）推移橫梁兩部分。其焊接結(jié)構(gòu)為：底板-定位銷-連接銷-支撐板-橫板-加固筋板（若干）。這種結(jié)構(gòu)不但可以保證其整體的的強(qiáng)度和焊接性能，而且還能大大減輕橫梁自身的質(zhì)量，有利于井下有限空間工作面的現(xiàn)場操作和維護(hù)。

2）機(jī)頭（尾）推移橫梁板材焊接結(jié)構(gòu)及焊接方式的確定。根據(jù)實際需要，我們將機(jī)頭（尾）推移橫梁設(shè)計為支撐板上揚(yáng)5.5°的箱式框架結(jié)構(gòu)。采用2-φ98×85 mm的定位銷其與機(jī)頭架的鏈接對中點，在支撐板左右兩側(cè)對稱均布5個33 mm×35 mm的長孔作為與其機(jī)頭架的螺栓鉸接固定點，在支撐板下部空間與底板上部空間均布箱式框架筋結(jié)構(gòu)采用角焊縫焊接而成。底板與橫板采用穿銷定位環(huán)形填充焊接，并彼此坡口填充焊接加固而成，在橫板距前端65 mm處均布間距125 mm的φ52 mm排孔結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 機(jī)頭（尾）推移橫梁示意圖

3）過渡頭（尾）推移橫梁板材焊接結(jié)構(gòu)及焊接方式的確定，根據(jù)實際需要，將過渡頭（尾）推移橫梁設(shè)計為底板與橫板穿銷定位搭接焊接結(jié)構(gòu)。采用2-φ60×105 mm的定位銷作為與過渡槽的鏈接對中點，在底板前后兩側(cè)對稱均布2個φ60 mm的內(nèi)凹長孔作為與過渡槽的螺栓鉸接固定點。底板與橫板依然采用穿銷定位環(huán)形填充焊接,并彼此坡口填充焊接加固而成，在橫板距前端65 mm處均布間距125 mm的φ52 mm排孔結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 過渡頭（尾）推移橫梁示意圖

4）移動聯(lián)接推移耳組件焊接結(jié)構(gòu)及焊接方式的確定。推移耳組件與液壓支架推移結(jié)構(gòu)中的聯(lián)接頭配套使用，根據(jù)情況分為單耳和雙耳結(jié)構(gòu)，推移耳的強(qiáng)度要與液壓支架的推移千斤頂推拉力相匹配，根據(jù)刮板輸送機(jī)槽寬不同，推薦不同厚度的推移耳與之配套，如表2所示。

表2 配套推移耳厚度統(tǒng)計表

根據(jù)實際需要，本文將推移耳組件設(shè)計為雙聯(lián)接板穿銷定位角焊和前端塞焊單推移耳結(jié)構(gòu)。采用2-δ60厚聯(lián)接板上、下穿銷定位焊接，前端中心定位塞焊δ80的單推移耳作為與支架聯(lián)接點。推移耳組件整體與推移橫梁采用內(nèi)外嚙合裝配，用定位銷鎖緊固定安裝，如圖3所示。

2 結(jié)構(gòu)簡介及工作原理

圖4所示為井下綜采工作面（過渡液壓支架-刮板輸送機(jī)）相互配套工作方式，液壓支架推移系統(tǒng)與刮板輸送機(jī)推移耳聯(lián)接，其中可調(diào)式推移橫梁主要由底板、定位銷、連接銷、支撐板、橫板、加固筋板（若干）組成。工作時，首先將機(jī)頭（尾）推移橫梁通過定位銷、固定螺栓安裝在機(jī)頭（尾）架下部，將過渡頭（尾）推移橫梁通過定位銷、固定螺栓安裝在過渡槽頭（尾）下部，然后橫梁排孔上安裝移動活聯(lián)接頭用螺栓鉸接固定，聯(lián)接頭分別與過渡支架穿銷聯(lián)接，完成支架與刮板輸送機(jī)的配套聯(lián)接。在井下采煤工作中，采煤機(jī)從機(jī)頭-機(jī)尾或從機(jī)尾-機(jī)頭行走截割后，液壓支架在支護(hù)前提下，相鄰架以一個步距為單位執(zhí)行前進(jìn)推溜動作，在不同工作面和不同布架方式情況下，此結(jié)構(gòu)可調(diào)式推移橫梁都能合理滿足支架推移點要求。

圖3 推移耳組件示意圖

圖4 刮板機(jī)配套示意圖

3 應(yīng)用效果及創(chuàng)新點

3.1 應(yīng)用效果

刮板輸送機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)中當(dāng)屬機(jī)頭、尾部件質(zhì)量最大，所以通常需要幾個過渡支架一起推移刮板輸送機(jī)的頭尾，推溜力較大，因此推移橫梁的優(yōu)化設(shè)計就顯得尤為重要。此特殊工況可調(diào)式推移橫梁研制成功后，已在煤礦井下綜采工作面刮板輸送機(jī)上配套投入使用多時。經(jīng)日常生產(chǎn)的實際驗證，用戶反映良好、評價高。很好地實現(xiàn)了針對井下不同工作面、不同地質(zhì)條件、不同設(shè)備配套可以通用互換，更能有效、合理地布置和運(yùn)煤，并能很好地協(xié)同采煤機(jī)、液壓支架完成一系列采煤、推拉動作。提高了綜采綜機(jī)工作效率，有效降低了設(shè)備維修率，為綜采設(shè)備高產(chǎn)高效奠定了基礎(chǔ)。

3.2 創(chuàng)新點

1）結(jié)構(gòu)一。如圖5所示，此推移橫梁為箱式焊接整體式結(jié)構(gòu)，其安裝方式為：過渡槽坐在推移橫梁底板上，過渡槽底部與推移橫梁用定位銷固定，過渡槽左右焊接聯(lián)接孔與推移橫梁采用螺栓聯(lián)接緊固。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是整體焊接性好，缺點是體積大、笨重、安裝費時費力，固定式推移耳可調(diào)節(jié)范圍小、單次調(diào)節(jié)量大，不便后期維修。

圖5 箱式推移橫梁示意圖

2）結(jié)構(gòu)二。如圖6所示，此推移橫梁為短箱式焊接整體式結(jié)構(gòu)，其安裝方式為：過渡槽坐在工作面上，過渡槽與過渡擋煤板通過定位銷定位、螺栓聯(lián)接緊固，推移橫梁通過后聯(lián)接耳與過渡擋煤板凹凸配合穿銷固定聯(lián)接。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是推移橫梁質(zhì)量減小、更換、維修方便，缺點是固定式推移耳可調(diào)節(jié)范圍小、單次調(diào)節(jié)量大，同時后聯(lián)接耳處多了一道聯(lián)接環(huán)節(jié)，聯(lián)接銷受力不均，易斷且不易更換。

3）結(jié)構(gòu)三。如圖7所示，此推移橫梁為底板-橫板穿銷焊接整體式結(jié)構(gòu)，其安裝方式為：過渡槽坐在推移橫梁底板上，過渡槽底部與推移橫梁用定位銷固定，過渡槽左右焊接聯(lián)接孔與推移橫梁采用螺栓聯(lián)接緊固。推移橫梁橫板前端加工成排孔式結(jié)構(gòu)，按需安裝幾處活推移耳組件。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，整體焊接性好、實用性強(qiáng)，輕便小巧，便于拆裝，液壓支架調(diào)節(jié)方便，可調(diào)節(jié)范圍大，缺點是加工成本高。

a.采用δ＝60 mm與δ＝50 mm的NM360鋼板彼此穿銷定位焊接，更加有效地保證裝配尺寸和橫梁整體焊接性能、使用性能；b.在滿足配套要求的前提下，橫梁結(jié)構(gòu)簡單，更加輕量化，使得安裝、使用更加便捷，大大提高了實用性；c.排孔式推移點設(shè)計能更有效地保證不同推移位置的要求，使得液壓支架調(diào)節(jié)方便、可調(diào)節(jié)范圍大，同時可保證按需裝配使用調(diào)節(jié)槽以便有效滿足工作面竄頭、尾情況下的合理使用；d.推移耳在使用過程中容易出現(xiàn)斷裂、變形等情況，所以建議推移耳板材質(zhì)采用NM360及性能更佳的板材。

圖7 可調(diào)式推移橫梁示意圖

4 結(jié) 語

此種可調(diào)式推移橫梁的設(shè)計，不僅結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好，外形尺寸小，同時質(zhì)量也比原結(jié)構(gòu)減輕了25.3%，解決了原結(jié)構(gòu)推移耳單一、可調(diào)節(jié)范圍小，箱式體積大、不易拆裝維護(hù)等問題。推移橫梁作為整機(jī)部件中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，又是液壓支架與刮板輸送機(jī)聯(lián)接的橋梁，其結(jié)構(gòu)的合理性、使用的安全性、可靠性都將影響著整個工作面的正常推進(jìn)，因此從結(jié)構(gòu)和材料方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，可以保證刮板輸送機(jī)整機(jī)在使用中的可靠性和高效性，降低綜采工作面的設(shè)備故障率，保證采煤工作的正常進(jìn)行，為現(xiàn)代化高產(chǎn)、高效煤礦奠定堅實的基礎(chǔ)。