王佃武,宋福來(lái)
(1.中國(guó)煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司,山西 太原 030006;2.神木匯森涼水井礦業(yè)有限責(zé)任公司,陜西 榆林 719319)
膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)是煤礦井下掘進(jìn)作業(yè)重要的配套設(shè)備。在綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝中,通常采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)、橋式膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)、可伸縮膠帶機(jī)的配套形式。橋式轉(zhuǎn)載機(jī)為中段懸空的整體剛性結(jié)構(gòu),其跨距一般在20~30 m,與可伸縮膠帶機(jī)機(jī)尾部搭接短,對(duì)巷道起伏變化適應(yīng)性差,而且在掘進(jìn)過(guò)程中需要頻繁拉移機(jī)尾、延伸膠帶,影響整個(gè)掘進(jìn)效率[1]。
近年來(lái),掘錨一體機(jī)這種高效機(jī)組在神東乃至整個(gè)蒙陜礦區(qū)得到快速推廣,掘進(jìn)速度的提升對(duì)后配套轉(zhuǎn)載運(yùn)輸設(shè)備的能力要求不斷提高。2012 年,中國(guó)煤炭科工集團(tuán)太原研究院?jiǎn)?dòng)了以掘錨機(jī)為龍頭的單巷快速掘進(jìn)系統(tǒng)的開發(fā),需研制一種新型膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)行配套,其設(shè)計(jì)參數(shù)為:最大運(yùn)輸能力1 600 t/h,帶寬1 m,搭接長(zhǎng)度不小于50 m,以降低系統(tǒng)設(shè)備調(diào)動(dòng)和延伸膠帶的頻次,滿足日進(jìn)50 m 煤巷高效快速掘進(jìn)的要求。
移動(dòng)式膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)的組成及配套方式如圖1 所示。
圖1 移動(dòng)式膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)的組成及配套方式
移動(dòng)式膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)在掘錨機(jī)的牽引下跟隨掘錨機(jī)移動(dòng),高效可靠地轉(zhuǎn)載煤炭,形成連續(xù)運(yùn)輸。移動(dòng)式膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)整機(jī)由兩部分組成,主體部分為膠帶機(jī),由若干桁架鉸接連接,相鄰兩節(jié)之間可上下擺動(dòng),架體下方布置行走膠輪在地面上行走,能適應(yīng)地面的起伏變化。主體部分后方連接履帶側(cè)卸單元,其作用為將煤流再次側(cè)卸到可伸縮膠帶機(jī)。履帶側(cè)卸單元同時(shí)具有行走功能,以保持與主體部分的運(yùn)動(dòng)搭接,并在必要時(shí)牽引主體部分退機(jī)。由于巷道空間要求,履帶側(cè)卸單元的高度和寬度需控制在3.5 m和1.5 m 內(nèi),具有250 mm 的離地間隙,具有良好的通過(guò)性。
履帶側(cè)卸單元結(jié)構(gòu)如圖2 所示,履帶側(cè)卸單元主要由履帶底盤、軌道組件、移動(dòng)小車、側(cè)卸部、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等組成。軌道組件連接在底盤上,移動(dòng)小車在軌道組件上滑動(dòng),移動(dòng)小車前端連接膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)卸載滾筒,后端連接側(cè)卸部,軌道組件下方布置電氣系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)。
本設(shè)備集轉(zhuǎn)運(yùn)、行走、供電、供液于一體,結(jié)構(gòu)緊湊,主要采用了以下技術(shù)保障設(shè)備的成功研發(fā):①采用整機(jī)重心數(shù)字化分析技術(shù),可以控制整機(jī)重心位置變化,設(shè)備穩(wěn)定性好。②研制具有糾偏功能的底盤,可對(duì)膠帶機(jī)在巷道中的位置進(jìn)行強(qiáng)制糾偏,適應(yīng)性強(qiáng)。③利用高度勢(shì)能,優(yōu)化側(cè)卸轉(zhuǎn)載路徑,實(shí)現(xiàn)無(wú)動(dòng)力轉(zhuǎn)載。④集成組合式動(dòng)力負(fù)荷中心,對(duì)成套快速掘進(jìn)系統(tǒng)各設(shè)備供電進(jìn)行控制。
履帶側(cè)卸單元底盤結(jié)構(gòu)如圖2 所示。履帶側(cè)卸單元底盤總成主要由履帶架組、驅(qū)動(dòng)裝置、導(dǎo)向裝置、履帶鏈糾偏裝置、前支撐裝置組成,其研究重點(diǎn)是糾偏裝置的結(jié)構(gòu)。履帶側(cè)卸單元自重約14 t,承受膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)卸料部質(zhì)量約5 t;側(cè)卸部和移動(dòng)小車可在軌道組件上前后滑動(dòng)1.5 m,因此設(shè)備重心時(shí)刻為變量,設(shè)備自身體積較小,整機(jī)寬度1.5 m,根據(jù)履帶行走設(shè)備相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),履帶接地長(zhǎng)度需控制在1.6 m 內(nèi)。充分運(yùn)用數(shù)字化模擬分析技術(shù),模擬整機(jī)的工作狀態(tài),調(diào)整底盤連接點(diǎn)位置,實(shí)現(xiàn)重心位置在合理范圍內(nèi)變化。
圖2 履帶側(cè)卸單元
膠帶機(jī)在實(shí)際掘進(jìn)中存在跑偏現(xiàn)象,在履帶側(cè)卸單元上設(shè)置了糾偏機(jī)構(gòu),糾偏機(jī)構(gòu)在馬蒂爾機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行了創(chuàng)新,利用前點(diǎn)支撐后點(diǎn)推移原理,保證糾偏機(jī)構(gòu)的實(shí)用性和可靠性,同時(shí),該糾偏機(jī)構(gòu)可將設(shè)備抬離地面,方便進(jìn)行履帶張緊、加注黃油等維護(hù)保養(yǎng)工作。
圖3 履帶側(cè)卸單元底盤
側(cè)卸部為本機(jī)的主要工作機(jī)構(gòu),與移動(dòng)小車后部連接,利用皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中煤流的速度慣性、側(cè)卸部與順槽皮帶高度差以及煤炭的合理轉(zhuǎn)載路徑,實(shí)現(xiàn)煤炭的無(wú)動(dòng)力拋灑轉(zhuǎn)載,落煤口設(shè)有可調(diào)導(dǎo)流板,可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整煤流方向。轉(zhuǎn)載路徑設(shè)計(jì)是煤炭能否順利轉(zhuǎn)載的關(guān)鍵,通過(guò)動(dòng)力學(xué)分析,確定轉(zhuǎn)載水平轉(zhuǎn)角為45°,垂直方向角度為30°,實(shí)現(xiàn)最短轉(zhuǎn)載路徑、最小轉(zhuǎn)載高度設(shè)計(jì)。料斗物料通過(guò)性動(dòng)力學(xué)仿真如圖4 所示。
圖4 料斗物料通過(guò)性動(dòng)力學(xué)仿真
根據(jù)膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)與履帶側(cè)卸單元的相互運(yùn)動(dòng)關(guān)系,設(shè)計(jì)滑動(dòng)軌道與移動(dòng)小車。軌道組件長(zhǎng)4.5 m,其中軌道有效長(zhǎng)度為3 m,軌道組件為單跨結(jié)構(gòu),采取高強(qiáng)板箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
移動(dòng)小車主要由滾輪組件和車架組成,滾輪組件與軌道相連,上方布置球鉸承載膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)卸料部。移動(dòng)小車前后有效移動(dòng)距離1.5 m,前后端設(shè)置行程開關(guān),防止小車脫軌。
履帶側(cè)卸單元上部設(shè)置駕駛室,操作人員坐在駕駛室里操作設(shè)備,實(shí)現(xiàn)設(shè)備的啟停、移動(dòng)、姿態(tài)調(diào)整等功能。利用人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)方法,根據(jù)中國(guó)成年男性的體側(cè)數(shù)據(jù),通過(guò)建立人體三維運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真,對(duì)操縱系統(tǒng)與司機(jī)肢體可觸及范圍進(jìn)行匹配,對(duì)駕駛室顯示器、液壓操縱桿、電氣操作按鈕合理布局和優(yōu)化設(shè)計(jì),從而能確保司機(jī)舒適、高效地操縱設(shè)備。為了給司機(jī)提供良好的人機(jī)界面,采用12 寸液晶彩色顯示屏進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控,顯示設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、信息,全面掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。
履帶側(cè)卸單元承擔(dān)成套快速掘進(jìn)系統(tǒng)所有設(shè)備供電中轉(zhuǎn)任務(wù),因此,機(jī)載一臺(tái)四回路動(dòng)力負(fù)荷中心,輸出回路采用400 A 真空接觸器。供電形式采用1 140 V、50 Hz,主電控箱控制泵站電機(jī)和皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)電機(jī),內(nèi)置變頻調(diào)速模塊。履帶側(cè)卸單元的移動(dòng)與掘錨機(jī)的行走互鎖,履帶側(cè)卸單元司機(jī)確認(rèn)后掘錨機(jī)才能行走,保證系統(tǒng)操作人員安全;軌道前后設(shè)置行程開關(guān)以防移動(dòng)小車脫軌,行程開關(guān)觸發(fā)后,設(shè)備停止行走,重新行走需要解鎖。
液壓系統(tǒng)采用開式變量系統(tǒng),液壓泵為軸向柱塞變量泵,采取恒功率+壓力切斷+負(fù)載敏感控制方式,恒功率設(shè)定值為45 kW,保護(hù)泵站電機(jī)不過(guò)載運(yùn)轉(zhuǎn);壓力切斷設(shè)定值為28 MPa,限制液壓系統(tǒng)不超壓運(yùn)行;負(fù)載敏感控制根據(jù)負(fù)載需求自行調(diào)節(jié)流量,實(shí)際輸出流量?jī)H為負(fù)載所需,節(jié)能環(huán)保。行走采用高速馬達(dá)+減速機(jī)方式,控制閥為負(fù)載敏感閥,實(shí)現(xiàn)設(shè)備行走的無(wú)級(jí)調(diào)速。
設(shè)備設(shè)計(jì)了水冷噴霧系統(tǒng),主要用于冷卻液壓系統(tǒng)、變頻器、卸料部的降塵,采用電磁閥控制,與皮帶機(jī)滾筒聯(lián)動(dòng),實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)啟停時(shí)的自動(dòng)通、斷水。
針對(duì)高效快速掘進(jìn)工作面運(yùn)輸系統(tǒng)轉(zhuǎn)載的要求,研制出自移膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)及其履帶側(cè)卸單元,對(duì)巷道掘進(jìn)運(yùn)輸轉(zhuǎn)載設(shè)備革新進(jìn)行了一次有益嘗試。整機(jī)配套掘錨綜合機(jī)組,在神東大柳塔礦使用,平均月進(jìn)尺達(dá)1 400 m[2],最高月進(jìn)尺達(dá)到2 500 m,各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。