綜采工作面轉(zhuǎn)載機(jī)與帶式輸送機(jī)聯(lián)鎖控制改造

楊東明

（陽(yáng)煤忻州通用機(jī)械有限責(zé)任公司，山西忻州 034000）

0 引言

隨著我國(guó)煤礦事業(yè)的蓬勃發(fā)展，煤礦的建設(shè)與改造也在日益完善，力求打造國(guó)際化水準(zhǔn)的同時(shí)，通過(guò)改造技術(shù)來(lái)提高我國(guó)煤礦綜采的工作效率，降低安全隱患的產(chǎn)生，成為當(dāng)下煤礦綜采工作面機(jī)械改造的重點(diǎn)目標(biāo)[1]。綜采工作面轉(zhuǎn)載機(jī)與帶式輸送機(jī)聯(lián)鎖控制改造技術(shù)，目前被煤礦領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，它通過(guò)配套機(jī)器將轉(zhuǎn)載機(jī)與帶式輸送機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)二者之間的聯(lián)鎖控制，改造成功后可以保障綜采工作面的高效運(yùn)行[2]。本文以綜采工作面轉(zhuǎn)載機(jī)與帶式輸送機(jī)聯(lián)鎖控制改造為研究對(duì)象，通過(guò)相關(guān)聯(lián)鎖控制改造技術(shù)的應(yīng)用，不斷提高綜采工作的整體運(yùn)行效率，為同類技術(shù)操作提供一些有價(jià)值的資料。

1 工作概況

某煤礦綜采工作面主要負(fù)責(zé)原煤的輸出，通過(guò)刮板輸送機(jī)將原煤載到橋式轉(zhuǎn)載機(jī)，再由此過(guò)渡至帶式輸送機(jī)。若綜采工作面向前推移，一般為1次后，工作面的液壓支架會(huì)由操作工上前，對(duì)液壓缸進(jìn)行推移，輸送機(jī)也因此發(fā)生移動(dòng)，而此時(shí)的橋式轉(zhuǎn)載機(jī)依據(jù)原有設(shè)計(jì)的配套拉移液壓缸，并配合拉移鏈，將臨時(shí)支設(shè)的頂板，或者是兩幫上的固定點(diǎn)向前拉移。而此帶式輸送機(jī)的機(jī)尾上搭接著橋式轉(zhuǎn)載機(jī)是依靠著機(jī)頭來(lái)支撐滑車。一旦這種拉移轉(zhuǎn)載的方式達(dá)到20次的設(shè)計(jì)極限后，則需要將帶式輸送機(jī)機(jī)尾進(jìn)行縮移。

2 存在問(wèn)題

由上述分析可見該煤礦原設(shè)計(jì)中的綜采工作面運(yùn)輸方式比較復(fù)雜，原工作狀態(tài)容易導(dǎo)致一系列的機(jī)械故障產(chǎn)生，具體如下。

（1）原工作狀態(tài)中，帶式輸送機(jī)的皮帶容易跑偏，導(dǎo)致裝煤不勻，并且有大量的原煤泄漏，在此種狀態(tài)下，會(huì)引發(fā)一系列故障。

（2）由上述工作狀態(tài)得知轉(zhuǎn)載機(jī)的結(jié)構(gòu)為橋式，而這種設(shè)備在老化后，或者是在運(yùn)行過(guò)坡架橋的位置時(shí)，容易出現(xiàn)塌腰現(xiàn)象，導(dǎo)致全部重量直接壓在帶式輸送機(jī)的機(jī)尾部位，致使帶式輸送機(jī)無(wú)法正常運(yùn)行，甚至?xí)霈F(xiàn)輸送機(jī)的皮帶撕帶現(xiàn)象。

（3）在上述拉移的介紹中，轉(zhuǎn)載機(jī)和帶式輸送機(jī)機(jī)尾是需要依托頂板或者是兩幫上支設(shè)的固定點(diǎn)才能夠達(dá)到拉移的工作效果，從而促進(jìn)液壓缸或回柱絞車能夠順利地完成工作。但是這種情況下，一旦出現(xiàn)頂板漏頂或者是兩幫片幫的情況，該拉移方式會(huì)存在著一定危險(xiǎn)，導(dǎo)致不安全的事故發(fā)生，從而降低系統(tǒng)的工作效率，安全出口難以得到有效地保障。

綜上所述，根據(jù)所了解的該煤礦原機(jī)械設(shè)計(jì)運(yùn)行中存在的問(wèn)題，提出相應(yīng)的優(yōu)化方案。

3 轉(zhuǎn)載機(jī)與帶式輸送機(jī)搭接設(shè)計(jì)

3.1 減速器與聯(lián)軸器的選型與校核

依據(jù)上述分析，對(duì)減速器與聯(lián)軸鎖器進(jìn)行合理選型與校對(duì)，從而保證轉(zhuǎn)載機(jī)與帶式輸送機(jī)搭接的合理性；確定帶式輸送機(jī)的帶速，測(cè)量好傳動(dòng)滾筒直徑；還需要設(shè)置電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速推知減速器的傳動(dòng)比[3]，即：

式中：i為傳動(dòng)比；D為傳動(dòng)滾筒直徑，m；L為輸送機(jī)長(zhǎng)度，m；v為輸送帶速度，m/s。

將數(shù)據(jù)代入式（1）得：

（1）機(jī)械功率計(jì)算

在對(duì)減速器進(jìn)行選用時(shí)，需要考慮輸送機(jī)系統(tǒng)的額度功率。若額定功率大于減速器的額定功率，則不可選用該減速器；若能夠小于減速器的額定功率，表明其滿足機(jī)械對(duì)功率的標(biāo)準(zhǔn)要求，則可以選用[4]。

（2）熱容量校核

針對(duì)減速器的選型時(shí)，還要考慮減速器的熱容量能否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。一般規(guī)定中顯示，減速器的實(shí)際熱容量必須小于許可用的熱容量。當(dāng)對(duì)熱容量進(jìn)行校核時(shí)，可參照這一標(biāo)準(zhǔn)要求，若滿足這一標(biāo)準(zhǔn)要求，則可以選用[5]。

（3）減速器的選型

聯(lián)鎖裝置是驅(qū)動(dòng)裝置中重要組成部分，是保證轉(zhuǎn)載機(jī)與帶式輸送機(jī)搭接有效性的關(guān)鍵[6]。一般聯(lián)鎖裝置分為高速與低速，通常將其安裝在電動(dòng)機(jī)與減速器之間，還位于傳動(dòng)滾筒與減速器中間[7]。由上述計(jì)算可知傳動(dòng)比為31.4，則減速器的選擇規(guī)格型號(hào)為DCY450-31.5。

（4）聯(lián)鎖裝置的選型

由上述分析可確定聯(lián)鎖裝置分為2種速度，是由減速器實(shí)現(xiàn)其功能的裝置。目前，對(duì)于高速聯(lián)軸器主要有3種組成：液力聯(lián)鎖裝置、尼龍柱鎖聯(lián)鎖裝置、粉末聯(lián)軸器[8]。另外，低速的聯(lián)鎖裝置較為常見的有棒銷聯(lián)軸器和十字滑塊聯(lián)軸器[9]。結(jié)合本次研究對(duì)象的實(shí)際情況，在轉(zhuǎn)載機(jī)與帶式輸送機(jī)搭接設(shè)計(jì)中，需要保證能夠有效地改善起動(dòng)、調(diào)速和均衡荷載等。綜合考慮，計(jì)算聯(lián)鎖裝置中的聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩為：

式中：TC為計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N·m；Tn為聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩，N·m；PW為驅(qū)動(dòng)功率，kW；n為工作轉(zhuǎn)速，r/min；K為工況系數(shù)，見DT(II)設(shè)計(jì)手冊(cè)表，K=1.5。

代入數(shù)據(jù)計(jì)算得TC=74 609 Nk m，查DT(II)設(shè)計(jì)手冊(cè)，選ZL13型彈性柱銷齒式聯(lián)軸器。

3.2 聯(lián)鎖控制改造方案

3.2.1 縮短轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)身長(zhǎng)度

確定上述方案后，需要具體考慮轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)身長(zhǎng)度的縮短。轉(zhuǎn)載機(jī)的高度實(shí)際需要調(diào)節(jié)，本次研究的轉(zhuǎn)載機(jī)為了匹配聯(lián)鎖，需要將其高度降低，再將原來(lái)系統(tǒng)機(jī)頭出現(xiàn)的滑車現(xiàn)象消除。此外，還需要考慮帶式輸送機(jī)機(jī)尾處的縱梁，需要將這一縱梁一并拆除，從而有效地降低機(jī)械的自重，保證機(jī)械運(yùn)行過(guò)程中的負(fù)荷由此減小。同時(shí)，這種原有設(shè)備的就地改造，也節(jié)約了設(shè)備資金的成本投入。具體改造如圖1所示。

3.2.2 設(shè)計(jì)高強(qiáng)度帶式輸送機(jī)尾架

由上述分析可以看出，目前老式的橋式轉(zhuǎn)機(jī)機(jī)頭會(huì)出現(xiàn)滑車現(xiàn)象，并且?guī)捷斔蜋C(jī)機(jī)尾的縱梁也嚴(yán)重影響原煤實(shí)際運(yùn)輸，如若改造需要考慮將其拆除，還要考慮滑車現(xiàn)象。改造后，需要保證二者形成一體式的運(yùn)行結(jié)構(gòu)，并且提升了帶式輸送機(jī)的耐磨性能，也延長(zhǎng)了現(xiàn)有設(shè)備的壽命。在改造與設(shè)計(jì)加工過(guò)程中，需要先行測(cè)算好帶式輸送機(jī)的輸送量，根據(jù)輸送量進(jìn)一步驗(yàn)證改造的合理性。

帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸能力，需要先行計(jì)算物料的斷面積，而后計(jì)算運(yùn)行速度以及輸送機(jī)的傾角。其中，傾角是考慮出現(xiàn)踏腰與傾斜的時(shí)候，全部重量在輸送機(jī)上的原煤堆積面積的可承受度。

帶式輸送機(jī)作為連續(xù)運(yùn)行的運(yùn)輸機(jī)械，改造后需要保證均勻、連續(xù)性地裝載，此時(shí)所需的運(yùn)輸能力為:

式中：Q為運(yùn)輸能力，t/h；v為物料的運(yùn)行速度，m/s；q為單位長(zhǎng)度上所裝物料的質(zhì)量，kg/m。

式中：γ為物料的堆積密度，kg/m3；F為在運(yùn)行的輸送帶上的物料的最大橫截面積，m2。

轉(zhuǎn)載機(jī)與帶式輸送機(jī)搭接時(shí)，需要按照上式計(jì)算運(yùn)輸能力，并通過(guò)校驗(yàn)保證運(yùn)輸能力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)；而后，考慮二者連接時(shí)，輸送帶沿傾斜方向運(yùn)輸原煤，原煤隨著傾斜會(huì)產(chǎn)生的堆積面積，需要將這一堆積面積減小，從而保證其正常運(yùn)行。由此可知，計(jì)算帶式輸送機(jī)的最大運(yùn)輸能力，應(yīng)考慮傾斜系數(shù)，則帶式輸送機(jī)的最大運(yùn)輸能力：

式中：κ為輸送機(jī)的傾斜系數(shù)。

3.2.3 轉(zhuǎn)載聯(lián)鎖系統(tǒng)的改造

圖1 轉(zhuǎn)載機(jī)改造示意圖

依托液壓支架的手把功能，來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)推移，并且能夠減少回柱絞車現(xiàn)象，該手把的操作，能夠?qū)υO(shè)計(jì)方案中的拉移起到一定的輔助作用。此種操作，有效減少了人工操作帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，在不同自然條件下，還需要考慮惡劣環(huán)境下會(huì)引發(fā)轉(zhuǎn)載機(jī)的機(jī)頭卸煤點(diǎn)處，出現(xiàn)帶式輸送機(jī)的飄帶現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)帶式輸送機(jī)與轉(zhuǎn)載的有效搭接，設(shè)置合理的聯(lián)鎖系統(tǒng)改造，能夠有效地解決這些不安全問(wèn)題。

3.2.4帶式輸送機(jī)機(jī)尾自動(dòng)調(diào)偏滾筒設(shè)計(jì)

在搭接過(guò)程中，還需要考慮帶式輸送機(jī)機(jī)尾自動(dòng)調(diào)偏滾筒的設(shè)計(jì)，從而防止皮帶跑偏，這也是帶式輸送機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)改造的核心目的，以此來(lái)較好地提升綜采工作面的工作效率。本設(shè)計(jì)中，將帶式輸送機(jī)機(jī)尾處按置自動(dòng)調(diào)偏滾筒裝置，從而達(dá)到即定的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)的老式采煤運(yùn)輸系統(tǒng)下，會(huì)產(chǎn)生一系列的不安全因素，也制約了采煤工作效率的提升。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，各行業(yè)都在不斷的改善現(xiàn)有的工作現(xiàn)狀問(wèn)題。而煤礦行業(yè)也不例外，在不斷的經(jīng)驗(yàn)摸索過(guò)程中，綜采工作也有了進(jìn)一步的拓展。

如本次研究對(duì)象中的綜采工作面轉(zhuǎn)載機(jī)與帶式輸送機(jī)聯(lián)鎖控制改造，在充分了解文中某煤礦運(yùn)行狀態(tài)，確定了該煤礦采煤運(yùn)輸設(shè)備存在的問(wèn)題，有針對(duì)性的提出了改造的建議。該煤礦的設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于設(shè)備老舊，一些小故障頻發(fā)，而這種狀態(tài)下，也嚴(yán)重的導(dǎo)致了該煤礦綜采工作效率，也存在著一系列的潛在危險(xiǎn)因素。而購(gòu)置新設(shè)備的情況下，怕耗費(fèi)的人力、物力，顯然讓煤礦無(wú)法承受。因此，改造傳統(tǒng)運(yùn)輸設(shè)備，是目前該煤礦最為合理的方案。

為了充分解決目前現(xiàn)有煤礦運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題，對(duì)減速器與聯(lián)軸器的選型進(jìn)行了相應(yīng)了校核，以此來(lái)保證轉(zhuǎn)載機(jī)與帶式輸送機(jī)的有效搭接。另外，對(duì)于轉(zhuǎn)載機(jī)與帶式輸送機(jī)能否解決目前的問(wèn)題，進(jìn)一步對(duì)聯(lián)鎖控制改造方案做出了確定，測(cè)算了改造后帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸能力，考慮了傾斜可能帶來(lái)的影響因素，并將這一影響系數(shù)與運(yùn)輸能力公式相乘，從而保證運(yùn)輸能力能夠優(yōu)于傳統(tǒng)運(yùn)輸要求。

研究結(jié)果表明，綜采工作面轉(zhuǎn)載機(jī)與帶式輸送機(jī)聯(lián)鎖控制改造中，原工作狀態(tài)、原機(jī)械結(jié)構(gòu)，以及工作狀態(tài)下的運(yùn)行方式均是影響綜采工作面的關(guān)鍵問(wèn)題，通過(guò)研究結(jié)果得到轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)身長(zhǎng)度的縮短，從而降低了機(jī)械的自重，并且保證了機(jī)械運(yùn)行過(guò)程中的高負(fù)荷由此減?。贿M(jìn)一步得到高強(qiáng)度帶式輸送機(jī)尾架的設(shè)計(jì)方案，以此來(lái)確保運(yùn)載達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，提升工作效率；另外，液壓缸連接轉(zhuǎn)載機(jī)尾部與液壓支架的設(shè)計(jì)及轉(zhuǎn)載聯(lián)鎖系統(tǒng)的改造，能夠防止絞車產(chǎn)生的不安全事件發(fā)生。帶式輸送機(jī)機(jī)尾自動(dòng)調(diào)偏滾筒的設(shè)計(jì)確定，能夠防止輸送帶跑偏，保證輸送機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)理論性的演算，結(jié)合實(shí)際綜采工作面的運(yùn)行問(wèn)題，能夠有針對(duì)性的解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

綜上所述，綜采工作面轉(zhuǎn)載機(jī)與帶式輸送機(jī)聯(lián)鎖控制改造初始，需要綜合考慮煤礦舊式設(shè)備存在的問(wèn)題，根據(jù)現(xiàn)有問(wèn)題的分析，提出優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而達(dá)到轉(zhuǎn)載機(jī)與帶式輸送機(jī)聯(lián)鎖控制改造的目的，提高綜采工作的效率，降低運(yùn)營(yíng)成本的投入。