掘進(jìn)帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾關(guān)鍵技術(shù)研究＊

楊 平

寧夏天地西北煤機(jī)有限公司 石嘴山 753000

0 引言

掘進(jìn)帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾是在掘進(jìn)后配套可伸縮帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備之一，它廣泛應(yīng)用于巷道掘進(jìn)系統(tǒng)中。機(jī)尾兩側(cè)設(shè)置有軌道，可供二運(yùn)轉(zhuǎn)載機(jī)行走，隨著掘進(jìn)機(jī)不斷掘進(jìn)前移，二運(yùn)轉(zhuǎn)載機(jī)沿軌道跟隨移動(dòng)，不斷調(diào)整卸料位置，從而保證掘進(jìn)系統(tǒng)工作的連續(xù)性。本文主要針對(duì)掘進(jìn)帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾的推移、調(diào)平、調(diào)偏及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探討研究。

1 傳統(tǒng)技術(shù)

傳統(tǒng)的掘進(jìn)帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾采用了多節(jié)機(jī)尾單元鉸接連接構(gòu)成，每節(jié)單元設(shè)計(jì)了滑橇結(jié)構(gòu)，隨著掘進(jìn)系統(tǒng)的行進(jìn)，由掘進(jìn)設(shè)備或絞車牽引整個(gè)機(jī)尾至預(yù)定位置，傳統(tǒng)機(jī)尾自身無(wú)行動(dòng)能力，它的移動(dòng)、調(diào)平、調(diào)偏均需借助外在機(jī)構(gòu)的輔助。

2 新型掘進(jìn)帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾

近年來(lái)，隨著掘進(jìn)技術(shù)的提高，煤礦巷道掘進(jìn)對(duì)機(jī)械的自動(dòng)化要求日漸提高，因此，行業(yè)內(nèi)涌現(xiàn)出了一批新型的掘進(jìn)帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾，其主要針對(duì)了傳統(tǒng)機(jī)尾無(wú)法自移、自動(dòng)調(diào)平、自動(dòng)調(diào)偏的缺陷進(jìn)行了改進(jìn)升級(jí)。

新型掘進(jìn)帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾采用了機(jī)電液一體化的設(shè)計(jì)理念，使其移動(dòng)、調(diào)平、調(diào)偏均實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。從而降低了人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了掘進(jìn)工作的效率。

3 掘進(jìn)帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾關(guān)鍵技術(shù)

目前，行業(yè)內(nèi)關(guān)于掘進(jìn)帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾成套的系統(tǒng)化研究較少，對(duì)掘進(jìn)帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾新功能的設(shè)計(jì)研發(fā)主要依據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，而其基礎(chǔ)主要來(lái)源于傳統(tǒng)機(jī)尾和馬蒂爾自移機(jī)尾的相關(guān)理論。

3.1 自主移動(dòng)

掘進(jìn)帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾移動(dòng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題。

1）采用掘進(jìn)設(shè)備或絞車牽引的方式拖動(dòng)機(jī)尾，投入人員多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，設(shè)備調(diào)動(dòng)頻繁，且易發(fā)生繩索破斷傷人事故。

2）拖拽移動(dòng)方式阻力大，易發(fā)生設(shè)備損壞。

3）掘進(jìn)巷道工況條件差，機(jī)尾移動(dòng)時(shí)容易卡阻，需局部修整巷道或鋪設(shè)軌道。

基于上述原因，為改變機(jī)尾移動(dòng)的狀況，有必要對(duì)掘進(jìn)帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾自移功能進(jìn)行研究。

現(xiàn)階段掘進(jìn)帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾的自移方式主要為邁步式和履帶式。圖1 為掘進(jìn)帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾結(jié)構(gòu)示意圖，主要包括：機(jī)尾部、推移機(jī)構(gòu)、托輥組、軌道機(jī)構(gòu)、調(diào)平機(jī)構(gòu)、調(diào)偏機(jī)構(gòu)、中間橫梁機(jī)構(gòu)、電氣平臺(tái)、液壓系統(tǒng)、膠帶等。機(jī)尾移動(dòng)時(shí)，伸開調(diào)平機(jī)構(gòu)，使軌道機(jī)構(gòu)落地，撐起中間橫梁機(jī)構(gòu)，通過(guò)推移機(jī)構(gòu)上的液壓缸的伸縮，完成機(jī)尾的邁步式前移。履帶式主要由兩大部分組成：剛性皮帶機(jī)機(jī)尾和履帶車。移動(dòng)時(shí)，由履帶車牽引機(jī)尾前移，機(jī)尾部與中間橫梁機(jī)構(gòu)連接,中間橫梁機(jī)構(gòu)兩側(cè)均布連接有多組調(diào)平機(jī)構(gòu),底部均布連接有多組調(diào)偏機(jī)構(gòu),調(diào)偏機(jī)構(gòu)與軌道機(jī)構(gòu)連接,同時(shí)中間橫梁機(jī)構(gòu)靠近機(jī)尾部一端通過(guò)推移機(jī)構(gòu)與軌道機(jī)構(gòu)連接,遠(yuǎn)離機(jī)尾部的一端上側(cè)裝有電氣平臺(tái),液壓系統(tǒng)通過(guò)油管與推移機(jī)構(gòu)、調(diào)平機(jī)構(gòu)、調(diào)偏機(jī)構(gòu)液壓缸連接。

機(jī)尾部位于整個(gè)自移機(jī)尾的最末端,機(jī)尾部包括改向滾筒、機(jī)尾架、無(wú)源螺旋上清掃裝置、集煤槽等。改向滾筒、無(wú)源螺旋清掃裝置、集煤槽分別安裝在機(jī)尾架上,無(wú)源螺旋清掃裝置與改向滾筒接觸連接,集煤槽安裝無(wú)源螺旋清掃裝置的下方。

推移機(jī)構(gòu)包括推移液壓缸、支座等。推移液壓缸兩端分別連接有支座,支座再分別與中間橫梁機(jī)構(gòu)、軌道機(jī)構(gòu)連接。

中間橫梁機(jī)構(gòu)包括若干組中間橫梁、若干上托輥組、若干下托輥組,若干組中間橫梁之間串聯(lián)鉸接連接,中間橫梁上側(cè)均布安裝若干上托輥組,下側(cè)均布安裝若干下托輥組,上托輥組上安裝有防膠帶跑偏的立輥。

調(diào)平機(jī)構(gòu)包括調(diào)平液壓缸、滾動(dòng)部、調(diào)平由缸支座、軌道清掃裝置等。調(diào)平液壓缸支座連接在中間橫梁機(jī)構(gòu)的兩側(cè),調(diào)平液壓缸活塞桿朝下安裝在調(diào)平液壓缸支座上,活塞桿上安裝滾動(dòng)部,滾邊部滾輪安裝在軌道機(jī)構(gòu)上,滾動(dòng)部前后安裝有軌道清掃裝置。

調(diào)偏機(jī)構(gòu)包括調(diào)偏液壓缸、調(diào)偏液壓缸支座、滑枕等。調(diào)偏液壓缸支座固定連接在中間橫梁機(jī)構(gòu)下面,同時(shí)與滑枕滑動(dòng)連接,調(diào)偏液壓缸的缸體和活塞桿分別與滑枕和調(diào)偏液壓缸支座鉸接連接。

圖1 掘進(jìn)帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾結(jié)構(gòu)示意圖

掘進(jìn)帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾的自移結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要考慮推移機(jī)構(gòu)動(dòng)作的流暢性，推移液壓缸推力的計(jì)算。

3.1.1 推移液壓缸推力計(jì)算

1） 機(jī)尾下行工況

式中：F空為帶式輸送機(jī)空載運(yùn)行時(shí)機(jī)尾的阻力；

F尾阻為機(jī)尾沿軌道機(jī)構(gòu)的滾動(dòng)阻力，與巷道傾角有關(guān)；

F尾滑為機(jī)尾的下滑力，與巷道傾角有關(guān)。

2） 機(jī)尾上行工況

3.1.2 架體的強(qiáng)度

應(yīng)用三維設(shè)計(jì)軟件對(duì)機(jī)尾的主體進(jìn)行三維建模，并依據(jù)上述計(jì)算公式，引入實(shí)際受力參數(shù)，對(duì)機(jī)尾進(jìn)行受力分析。圖2 為中間橫梁機(jī)構(gòu)主體應(yīng)力圖，根據(jù)分析結(jié)果，對(duì)中間橫梁機(jī)構(gòu)主體薄弱處可以進(jìn)行加強(qiáng)。

圖2 中間橫梁機(jī)構(gòu)主體應(yīng)力圖

3.2 調(diào)平

由于掘進(jìn)巷道的工況條件差，機(jī)尾經(jīng)常處于傾斜狀態(tài)，易造成物料灑落、膠帶跑偏等問(wèn)題，故有必要為機(jī)尾增設(shè)調(diào)平功能。

掘進(jìn)帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾調(diào)平機(jī)構(gòu)設(shè)置于中間橫梁機(jī)構(gòu)的兩側(cè)，每節(jié)中間橫梁機(jī)構(gòu)單元安裝四組調(diào)平機(jī)構(gòu)。調(diào)平機(jī)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)包括液壓缸、液壓缸支座等。當(dāng)機(jī)尾朝一側(cè)傾斜時(shí)，通過(guò)操縱對(duì)應(yīng)的控制閥，控制相應(yīng)的調(diào)平機(jī)構(gòu)液壓缸升降來(lái)完成機(jī)尾的調(diào)平工作。

調(diào)平液壓缸最大推力為

式中：G1為每節(jié)中間橫梁機(jī)構(gòu)的自重，G2為二運(yùn)轉(zhuǎn)載機(jī)的自重，G3每節(jié)中間橫梁機(jī)構(gòu)承受的膠帶、托輥組自重。

3.3 調(diào)偏

機(jī)尾在跟隨掘錨機(jī)前移時(shí)，容易發(fā)生偏移，由于機(jī)尾以及二運(yùn)轉(zhuǎn)載機(jī)均為重型設(shè)備，傳統(tǒng)的拖拽調(diào)正方式工作量大、投入的人員也較多、安全性差。故如何實(shí)現(xiàn)機(jī)尾的自調(diào)偏亦是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

新型的掘進(jìn)帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾設(shè)計(jì)了自調(diào)偏機(jī)構(gòu)，當(dāng)機(jī)尾出現(xiàn)跑偏或巷道拐彎時(shí)，可對(duì)機(jī)尾進(jìn)行調(diào)偏操作。伸開所有調(diào)平液壓缸，軌道機(jī)構(gòu)落地，操縱調(diào)偏機(jī)構(gòu)上的液壓缸帶動(dòng)調(diào)偏機(jī)構(gòu)向要求的方向移動(dòng)，再收縮所有調(diào)平液壓缸使軌道機(jī)構(gòu)升起，調(diào)偏機(jī)構(gòu)落地，操作調(diào)偏機(jī)構(gòu)液壓缸推動(dòng)整個(gè)機(jī)尾向目標(biāo)方向移動(dòng)。

3.4 液壓系統(tǒng)

掘進(jìn)帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾的動(dòng)力主要依靠配套的液壓系統(tǒng)提供，圖3 為液壓系統(tǒng)原理圖，組成包括：七聯(lián)手動(dòng)換向閥、煤礦井下用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)、推移液壓缸、調(diào)平液壓缸、調(diào)偏液壓缸以及液壓元件等。

圖3 液壓系統(tǒng)原理圖

4 結(jié)語(yǔ)

掘進(jìn)帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾解決了傳統(tǒng)機(jī)尾機(jī)械化、自動(dòng)化程度低以及人員勞動(dòng)強(qiáng)度大的缺陷，提高了掘進(jìn)系統(tǒng)作業(yè)的連續(xù)性。機(jī)尾的研發(fā)試制，為巷道快速掘進(jìn)系統(tǒng)中帶式輸送機(jī)技術(shù)方面提供了一定的科研參考價(jià)值。