礦用帶式輸送機(jī)浮煤清理裝置的設(shè)計研究

陳 春， 郭 杉

（山西三元福達(dá)煤業(yè)有限公司， 山西 長治 046000）

引言

煤礦井下斜巷運(yùn)輸是煤炭生產(chǎn)及運(yùn)輸?shù)闹匾h(huán)節(jié)，主要用于井下與水平地面間的煤炭、矸石、材料、設(shè)備和人員等的提升運(yùn)輸，斜巷運(yùn)輸中主要使用的運(yùn)輸設(shè)備為帶式輸送機(jī)。帶式輸送機(jī)是煤礦生產(chǎn)中最理想的高效連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備，與其他運(yùn)輸設(shè)備（比如機(jī)車）相比，具有運(yùn)輸結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、輸送距離長、運(yùn)量大和連續(xù)輸送等優(yōu)點(diǎn)，而且運(yùn)行可靠，易于實(shí)現(xiàn)自動化和集中化控制[1]。

由于煤礦井下運(yùn)輸巷道內(nèi)環(huán)境惡劣，在帶式輸送機(jī)運(yùn)輸煤炭過程中，經(jīng)常發(fā)生各種事故，例如斷帶、縱撕、跑偏、打滑等，導(dǎo)致出現(xiàn)撒煤現(xiàn)象[2]，撒落到運(yùn)輸巷道內(nèi)的煤塊和煤粉堆積形成浮煤，嚴(yán)重影響煤礦井下工人的生命安全和生產(chǎn)效率。針對上述問題，三元福達(dá)煤業(yè)有限公司研究設(shè)計出一種礦用帶式輸送機(jī)浮煤清理裝置，此裝置采用鏈斗式輸送裝置與多輪系結(jié)構(gòu)相結(jié)合的設(shè)計特點(diǎn)，與帶式輸送機(jī)聯(lián)動運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)浮煤清理功能。

1 礦用浮煤清理裝置總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

礦用帶式輸送機(jī)浮煤清理裝置的主體結(jié)構(gòu)為鏈斗式輸送裝置，鏈斗式輸送裝置的基本組成如圖1所示，分為三個基本部分，包括頂部、底部和中間部分。頂部裝置包括頂軸和鏈輪、軸承系、驅(qū)動裝置、支撐結(jié)構(gòu)、料斗、鏈條和機(jī)殼。底部包括底軸和鏈輪、可調(diào)節(jié)軸承系、支撐結(jié)構(gòu)、機(jī)殼、料斗和鏈條。中間部分一般有垂直支撐結(jié)構(gòu)、機(jī)殼、載運(yùn)的料斗和鏈條組成。在大多數(shù)情況下，提升機(jī)機(jī)殼用來支撐機(jī)械裝置和防塵。

圖1 鏈斗式輸送裝置的基本組成圖

圖2 總體方案流程圖

礦用帶式輸送機(jī)浮煤清理裝置的總體方案流程圖如圖2 所示，根據(jù)總體方案設(shè)計出的浮煤清理裝置總體機(jī)械結(jié)構(gòu)如下頁圖3 所示，主要由機(jī)殼、頭輪組、轉(zhuǎn)向輪組、張緊輪組、從動輪組、底座、斗鏈、挖煤斗、擋板、蓋板、導(dǎo)板和連接塊等組成。其中支撐結(jié)構(gòu)由機(jī)殼和底座兩部分組成，底座安裝于帶式運(yùn)輸機(jī)的下方，固定在煤泥水池內(nèi)，用于支撐從動輪組的轉(zhuǎn)動。機(jī)殼固定于底座上方，將帶式運(yùn)輸機(jī)半包圍住，用于支撐頭輪組、轉(zhuǎn)向輪組和張緊輪組的轉(zhuǎn)動。浮煤清理轉(zhuǎn)運(yùn)裝置包括頭輪組、轉(zhuǎn)向輪組、張緊輪組和從動輪組四個輪系，用來規(guī)劃浮煤的轉(zhuǎn)運(yùn)路徑，此外整個礦用帶式輸送機(jī)浮煤清理裝置還包括液壓控制系統(tǒng)、電氣傳感控制系統(tǒng)等。

圖3 浮煤清理裝置總體機(jī)械結(jié)構(gòu)圖

帶式輸送機(jī)浮煤清理裝置的驅(qū)動機(jī)構(gòu)位于機(jī)殼上部的頭輪組，頭輪組的兩端固定于機(jī)殼上方且安裝有液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)連接有液壓泵站，為浮煤清理裝置提供動力。轉(zhuǎn)向輪組安裝于機(jī)殼的中間位置，用于改變挖煤斗的運(yùn)行軌跡和優(yōu)化清煤路徑。張緊輪組安裝于轉(zhuǎn)向輪組的下方，由軸承、螺桿、滑座、張緊輪和張緊軸等組成，張緊輪組通過滑座和導(dǎo)軌的導(dǎo)向作用實(shí)現(xiàn)水平方向的移動，張緊輪組移動到預(yù)定位置后產(chǎn)生預(yù)緊力，通過對頂螺母固定螺桿達(dá)到張緊輪組的張緊目的。從動輪組水平安裝于底座的上方，當(dāng)挖煤斗運(yùn)動到從動輪組的位置時，挖煤斗通過在兩套從動輪組間的水平運(yùn)動，完成煤池內(nèi)的浮煤清理工作。

2 礦用浮煤清理裝置部分結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 機(jī)殼與底座結(jié)構(gòu)設(shè)計

浮煤清理裝置的機(jī)殼主要起支承和密閉兩大作用，在機(jī)殼上安裝有四個輪組，并且與底座相互配合，就需要保證機(jī)殼的加工精度。機(jī)殼中各個零部件的質(zhì)量優(yōu)劣直接影響整機(jī)的工作性能，所以機(jī)殼技術(shù)要求較高，要求機(jī)殼上法蘭面與下法蘭面的平行度與垂直度保證較高公差等級，除此以外還要求機(jī)殼整平。

根據(jù)對鏈斗式輸送裝置頭部殼體的參考和浮煤清理裝置的實(shí)際應(yīng)用情況，設(shè)計出的機(jī)殼結(jié)構(gòu)如圖4 所示，機(jī)殼安裝在底座上方，整體結(jié)構(gòu)采用Q235的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，頭輪組、轉(zhuǎn)向輪組、張緊輪組從上到下依次安裝在機(jī)殼上，機(jī)殼中間焊接一塊材料為65Mn 的耐磨板，為挖斗及斗鏈進(jìn)行導(dǎo)向，四周裝上擋板，以保障在運(yùn)行過程中不會出現(xiàn)飛濺。

底座結(jié)構(gòu)如圖5 所示，固定連接在煤水池中，底座上平行安裝有兩套從動輪組，支撐從動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動。當(dāng)挖煤斗運(yùn)行到兩套從動輪組中間時產(chǎn)生挖煤效果，底座中間焊有一塊弧板，使挖斗能夠更加輕松地挖取浮煤，提高工作效率。

圖4 機(jī)殼結(jié)構(gòu)

圖5 底座結(jié)構(gòu)

2.2 輪系結(jié)構(gòu)設(shè)計

頭輪組為煤泥清理裝置的驅(qū)動機(jī)構(gòu)[3]，由液壓馬達(dá)、通蓋、油封、軸承、軸承座、擋片、壓蓋、動力輪A、動力輪B、悶蓋、單向離合器、動力軸、鋼管等組成。動力機(jī)構(gòu)位于上機(jī)殼的上部，兩端固定在上機(jī)殼上，動力機(jī)構(gòu)上裝有液壓油泵，液壓油泵與液壓泵站連接，為整個煤泥清理裝置運(yùn)行提供動力，頭輪組結(jié)構(gòu)如圖6 所示。

圖6 頭輪組結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)主要由端蓋、O 型圈、軸承、密封圈、擋片、壓蓋、軸承座、轉(zhuǎn)向輪、轉(zhuǎn)向輪軸及其他部件組成，位于上機(jī)殼中間位置，用于改變轉(zhuǎn)運(yùn)斗的運(yùn)行軌跡和優(yōu)化清煤路徑，轉(zhuǎn)向輪組結(jié)構(gòu)如圖7 所示。

圖7 轉(zhuǎn)向輪組結(jié)構(gòu)

張緊機(jī)構(gòu)位于轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)下方，由導(dǎo)軌、帶滑快座軸承、蓋、滑座、螺桿、張緊軸、張緊輪和螺母等組成，張緊機(jī)構(gòu)通過滑座和道軌的導(dǎo)向作用實(shí)現(xiàn)在水平方向的移動，當(dāng)張緊機(jī)構(gòu)移動到張緊位置后，使用對頂螺母固定的螺桿達(dá)到張緊機(jī)構(gòu)的張緊目的，張緊輪組結(jié)構(gòu)如圖8 所示。

圖8 張緊輪組結(jié)構(gòu)

將從動輪組安裝在底座上，其主要由端蓋、軸承、擋片、壓蓋、從動輪、從動軸和軸承座等組成。從動軸為階梯軸，端蓋、軸承座、軸承、壓蓋一次安裝在階梯軸的第一階梯段，從動輪安裝在階梯軸的中間段。階梯軸的兩側(cè)安裝順序及安裝位置相同，從動輪組結(jié)構(gòu)如圖9 所示。

圖9 從動輪組結(jié)構(gòu)

2.3 挖斗與斗鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計

料斗為斗鏈?zhǔn)捷斔脱b置的裝載部件，一般是用2～6 mm 厚的鋼板焊接或沖壓而成。為了提高料斗邊緣的耐磨能力，一般要在料斗外邊緣焊接一條附加的鋼板，料斗主要分為深料斗、淺料斗和有擋邊料斗三種[4]。根據(jù)對以上三種料斗結(jié)構(gòu)的研究，設(shè)計了如圖10 所示的挖斗結(jié)構(gòu)，既保證了挖斗的挖取量，也保證了制作的簡單性。

圖10 挖斗結(jié)構(gòu)

牽引部件通常有膠帶和鏈條兩種結(jié)構(gòu)。橡膠帶：將料斗固連于膠帶上，料斗寬度要較膠帶略窄。鏈條：單掛鏈條與料斗后壁相連接，雙掛鏈條時料斗安裝在里側(cè)。該浮煤清理裝置選用鏈條結(jié)構(gòu)，斗鏈與挖斗的連接如圖11 所示。

3 礦用浮煤清理裝置工作原理介紹

礦用帶式輸送機(jī)浮煤清理裝置采用恒壓液壓泵站為整個裝置提供動力[5]，頭輪組上的液壓馬達(dá)與液壓泵站連接，為四個輪組的運(yùn)動提供動力實(shí)現(xiàn)浮煤清理功能。浮煤清理裝置的底座安裝于煤泥水池內(nèi)，當(dāng)裝置開始工作時，挖煤斗持續(xù)地在從動輪組間進(jìn)行水平運(yùn)動，將煤泥水池內(nèi)的浮煤裝入挖煤斗中，裝有浮煤的挖煤斗隨斗鏈上升到頭輪組位置時，隨著頭輪組的變向?qū)⒏∶簝A倒在帶式運(yùn)輸機(jī)皮帶上，之后挖煤斗依次經(jīng)過轉(zhuǎn)向輪組和張緊輪組后轉(zhuǎn)變方向，重新進(jìn)入到從動輪組，從而完成一個浮煤清理的工作循環(huán)，浮煤清理路徑如圖12 所示。

圖11 斗鏈與挖斗的連接

圖12 浮煤清理路徑

礦用帶式輸送機(jī)浮煤清理裝置主要由液壓馬達(dá)、雙向液壓鎖、隔爆型電磁換向閥、壓力表組件、單向閥、手動變量泵、防爆電機(jī)、截止閥、過濾器、溢流器、防爆型電磁換向閥和空氣濾清器等部分組成。當(dāng)電控系統(tǒng)給出開始挖煤信號時，截止閥、隔爆型電磁換向閥等閥門打開，防爆電機(jī)帶動手動變量泵轉(zhuǎn)動，從油箱中吸油提升油壓，達(dá)到一定壓力后通過雙向液壓鎖帶動液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動，實(shí)行挖泥的任務(wù)。壓力表組件監(jiān)控液壓系統(tǒng)的壓力變化，為電控裝置提供開關(guān)信號。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)過載情況時，溢流器和防爆型電磁換向閥為清煤系統(tǒng)泄載，保持系統(tǒng)壓力恒定。

4 結(jié)語

運(yùn)用本文設(shè)計的適用于煤礦井下傾斜運(yùn)輸巷道的礦用帶式輸送機(jī)浮煤清理裝置，可解決皮帶運(yùn)輸巷道內(nèi)帶式輸送機(jī)的撒煤處理困難的問題。該裝置被安裝在傾斜井巷帶式輸送機(jī)機(jī)尾或輸送機(jī)下變坡點(diǎn)處，能夠與帶式輸送機(jī)進(jìn)行聯(lián)動運(yùn)行，在帶式輸送機(jī)停止運(yùn)行時浮煤清理轉(zhuǎn)運(yùn)裝置能夠自動停止。該套裝置結(jié)構(gòu)緊湊，尤其適用于作業(yè)空間狹小的運(yùn)輸巷道內(nèi)，減少了清理浮煤的工作人員數(shù)量和勞動強(qiáng)度，減少了帶式輸送機(jī)的停機(jī)次數(shù)，提高了工作效率，實(shí)現(xiàn)了浮煤清理的自動化和機(jī)械化。