礦用直角轉(zhuǎn)盤刮板輸送機(jī)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)研究

王長(zhǎng)青

（山西華陽集團(tuán)新能股份有限公司一礦機(jī)電工區(qū)， 山西 陽泉 045008）

引言

目前，隨著煤礦資源的大量開采，刮板輸送機(jī)作為重要的煤礦開采設(shè)備，已被廣泛應(yīng)用于煤礦開采中。傳統(tǒng)的綜采工作面煤炭輸送的方式主要有兩種：刮板輸送機(jī)與順槽用刮板轉(zhuǎn)載機(jī)端卸式和刮板輸送機(jī)與順槽用刮板轉(zhuǎn)載機(jī)交叉?zhèn)刃妒健＿@兩種方式是由工作面的刮板輸送機(jī)和順槽轉(zhuǎn)載機(jī)（含破碎機(jī)）組成，將煤卸載到皮帶機(jī)的膠帶上。經(jīng)過兩次卸載能量消耗高、功率損耗大，并且底鏈回煤量多，煤塵量大。針對(duì)此些問題，傳統(tǒng)的刮板輸送機(jī)已無法滿足當(dāng)前煤礦的高效率生產(chǎn)需求。因此，設(shè)計(jì)了一套直角轉(zhuǎn)彎大功率重型刮板輸送一體機(jī)，對(duì)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、主要性能參數(shù)及關(guān)鍵部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究，提出了幾點(diǎn)設(shè)備中零部件的拆卸及維護(hù)要求。

1 當(dāng)前刮板輸送機(jī)主要故障原因分析

1.1 刮板輸送機(jī)及驅(qū)動(dòng)鏈輪失效原因

刮板輸送機(jī)是綜采工作面中重要的采煤設(shè)備，它的主要作用是將采煤機(jī)采集得到的煤礦物料進(jìn)行輸送。另外，刮板輸送機(jī)還是采煤機(jī)軌道、液壓支架移動(dòng)的支點(diǎn)。所以刮板輸送機(jī)是否可以安全可靠的運(yùn)行，直接決定著煤礦開采過程的連續(xù)性。從機(jī)械結(jié)構(gòu)角度刮板輸送機(jī)主要由支撐結(jié)構(gòu)、鏈輪、刮板、圓環(huán)鏈等部分構(gòu)成[1]。由于煤礦井下工作環(huán)境復(fù)雜，以上這些機(jī)械結(jié)構(gòu)件工作時(shí)容易發(fā)生各種故障問題。在所有的故障問題中驅(qū)動(dòng)鏈輪的磨損失效最常見。

1.2 斷鏈故障原因

由于受到制作刮板輸送機(jī)鏈條材料的使用限制，在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，鏈條就會(huì)出現(xiàn)堆積或下垂的情況。如果此時(shí)不及時(shí)更換，很容易造成鏈條斷裂發(fā)生。斷鏈的原因主要為鏈條在高負(fù)荷裝載環(huán)境中，鏈條間的耦合所受到的負(fù)載力較大，受力也不均勻，會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)蝕、磨損；在運(yùn)輸煤炭物料時(shí)，物料容易發(fā)生掉落，造成鏈條的縫隙被卡住，但是電動(dòng)機(jī)持續(xù)輸出動(dòng)力，使鏈條容易發(fā)生斷裂。

2 直角轉(zhuǎn)盤刮板輸送機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

直角轉(zhuǎn)彎大功率重型刮板輸送一體機(jī)將傳統(tǒng)的刮板輸送機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)合二為一，采用單鏈將轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭和刮板輸送機(jī)機(jī)尾通過直角轉(zhuǎn)盤處直接連接起來。省去了輸送機(jī)機(jī)頭部分爬坡提升，煤流由刮板輸送機(jī)機(jī)尾經(jīng)直角轉(zhuǎn)盤處平穩(wěn)輸送到轉(zhuǎn)載機(jī)上。采用此結(jié)構(gòu)省去了刮板輸送機(jī)機(jī)頭傳動(dòng)部和轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)尾鏈輪，并且減少了爬坡提升的能量損失，節(jié)省功率，機(jī)頭裝煤效果遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)刮板輸送機(jī)，大大減少了底鏈回煤量，并且能夠有效地降低煤塵量。

同時(shí)，直角轉(zhuǎn)盤刮板輸送機(jī)是將刮板輸送機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)設(shè)計(jì)為一體，轉(zhuǎn)載機(jī)的傳動(dòng)裝置同時(shí)也是刮板輸送機(jī)的機(jī)頭傳動(dòng)裝置，使刮板輸送機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)有機(jī)地結(jié)合在一起。在原刮板輸送機(jī)機(jī)頭的地方，設(shè)計(jì)為轉(zhuǎn)盤直角，用轉(zhuǎn)盤直角機(jī)構(gòu)將刮板輸送機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)有機(jī)結(jié)合在一起[2-3]。

減少了刮板輸送機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)搭接機(jī)構(gòu)，減化了刮板輸送機(jī)的機(jī)頭結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了刮板輸送機(jī)與采煤機(jī)的配合，使刮板輸送機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)達(dá)到同步運(yùn)行的效果。直角轉(zhuǎn)盤刮板輸送機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如下頁圖1所示。

圖1 直角轉(zhuǎn)盤刮板輸送機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

3 直角轉(zhuǎn)盤刮板輸送機(jī)基本參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)煤礦的實(shí)際工況特點(diǎn)，以當(dāng)前成熟的刮板輸送機(jī)為基礎(chǔ)，利用相關(guān)計(jì)算公式，對(duì)直角轉(zhuǎn)彎大功率重型刮板輸送一體機(jī)中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)如下所示：

1）設(shè)計(jì)長(zhǎng)度：219 m（刮板機(jī)）+40 m（轉(zhuǎn)載部）。

2）輸送量：最大為2 000 t/h。

3）裝機(jī)功率：2×855 kW，額定電壓為3 300 V。

4）電動(dòng)機(jī)型號(hào)：YBSS-855BP（變頻，滿足最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩2.5 倍）。

5）減速器型號(hào)：HB-KPL-45，速比為39∶1。

6）控制方式：變頻控制。

7）中部槽：雙面可翻轉(zhuǎn)溜槽（中板厚度50 mm）+底擋板結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度為1 500 mm。

8）轉(zhuǎn)盤式：轉(zhuǎn)盤直徑1 700 mm，工作面輸送與順槽輸送連接。

9）緊鏈方式：液壓馬達(dá)緊鏈和機(jī)頭、機(jī)尾伸縮輔助緊鏈（行程各600 mm）。

10）鏈輪組件：TK56×175-6Z 型沙克鏈輪組件（脂潤(rùn)滑方式）。

11）刮板鏈：TK 56×175 型圓環(huán)鏈和接鏈環(huán)；鍛造刮板材質(zhì)為40Mn2。

12）刮板間距：700 mm。

13）齒軌：6 mm×126 mm 整體鍛造齒軌。

4 直角轉(zhuǎn)盤刮板輸送機(jī)中關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 直角轉(zhuǎn)盤組件設(shè)計(jì)

直角轉(zhuǎn)盤組件作為一體機(jī)的一個(gè)主要部分，主要用在工作面和順槽之間轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)域，轉(zhuǎn)盤組件沿著其轉(zhuǎn)角來導(dǎo)引煤流。轉(zhuǎn)盤是一個(gè)堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)件，轉(zhuǎn)盤軸上裝配有4 個(gè)重型軸承，轉(zhuǎn)盤組件與工作面順槽的連接通過過渡槽實(shí)現(xiàn)，兩端有與工作面輸送部和順槽輸送部溜槽配套的接口；轉(zhuǎn)盤組件安裝在工作面刮板輸送機(jī)與順槽轉(zhuǎn)載機(jī)之間。自由旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤組件中的轉(zhuǎn)盤是從動(dòng)輪，由通過的刮板的末端帶動(dòng)。轉(zhuǎn)盤處沒有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，工作面和順槽的輸送機(jī)鏈條由一體機(jī)機(jī)頭的電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行。同時(shí)，轉(zhuǎn)盤組由一個(gè)襯套軸、一對(duì)軸承、密封件、兩個(gè)轉(zhuǎn)盤和固定件組成。兩個(gè)轉(zhuǎn)盤分為上轉(zhuǎn)盤和下轉(zhuǎn)盤，分別為上刮板鏈和下刮板鏈刮板提供轉(zhuǎn)向支撐，使刮板鏈順利實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。所示設(shè)計(jì)的直角轉(zhuǎn)盤組件方案圖如圖2 所示。

圖2 直角轉(zhuǎn)盤組件示意圖

4.2 可張緊伸縮機(jī)尾設(shè)計(jì)

可張緊伸縮機(jī)尾是刮板輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)站，用于驅(qū)動(dòng)輸送機(jī)上的下刮板鏈。機(jī)尾的側(cè)壁上有安裝減速器的法蘭板。減速器可以安裝在機(jī)尾架的左端或右端。機(jī)尾架側(cè)壁上有可伸縮的導(dǎo)軌，此些導(dǎo)軌可以將機(jī)尾架伸長(zhǎng)600 mm，兩個(gè)液壓缸可以產(chǎn)生足夠使刮板輸送機(jī)鏈條張緊的力，實(shí)現(xiàn)刮板鏈的張緊。機(jī)頭和機(jī)尾架上各連接有一個(gè)中心潤(rùn)滑系統(tǒng)，可以同時(shí)為機(jī)架兩側(cè)的軸承提供黃油潤(rùn)滑。為了避免在液壓缸移動(dòng)時(shí)伸縮機(jī)架的堵塞，機(jī)架上配備了沖洗系統(tǒng)。所設(shè)計(jì)的可張緊伸縮機(jī)尾方案如圖3 所示。

圖3 可張緊伸縮機(jī)尾方案圖

4.3 刮板鏈組件設(shè)計(jì)

為了保證煤炭由刮板輸送機(jī)順利進(jìn)入轉(zhuǎn)載機(jī)，確保轉(zhuǎn)盤的正確性和安全操作性，采用單鏈刮板鏈組件，刮板的間距不允許超過規(guī)定值。本一體機(jī)設(shè)計(jì)為每四環(huán)安裝一個(gè)刮板，刮板間距為700 mm。必須使用合適的螺母，在上緊的位置，螺母須低于刮板自身的高度。且螺栓需要交替緊固，以保證刮板、E 型螺栓等零件安裝到位，有效避免在槽內(nèi)運(yùn)行時(shí)卡絆現(xiàn)象的發(fā)生。刮板鏈組件方案如圖4 所示。

圖4 刮板鏈組件方案圖

4.4 雙面可翻轉(zhuǎn)溜槽設(shè)計(jì)

新型的雙面溜槽主要由底擋板、中部槽、底板、電纜槽、齒軌、扣環(huán)等組成。采用雙面槽這種特殊設(shè)計(jì)制造，允許其雙向運(yùn)輸，當(dāng)溜槽中板上表面磨損嚴(yán)重出現(xiàn)刮卡時(shí)，只需把溜槽擋鏟板、底板拆開，上下翻轉(zhuǎn)安裝，并重新安裝即可使用，實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)中部槽的使用壽命的目的。新型雙面溜槽較上一代雙面的溜槽相比，結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱，可任意翻轉(zhuǎn)，并且翻轉(zhuǎn)部分的重量更輕，擋鏟板部分安裝更便捷。其結(jié)構(gòu)示意圖如下頁圖5 所示。

圖5 雙面可翻轉(zhuǎn)溜槽結(jié)構(gòu)方案

4.5 單鏈沙克鏈輪設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)鏈輪為整體鍛造，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)了外齒形磨損嚴(yán)重、整個(gè)鏈輪體報(bào)廢等失效現(xiàn)象。為此，借鑒了當(dāng)前相對(duì)成熟的結(jié)構(gòu)，采用了一種單鏈沙克鏈輪，通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，將鏈輪齒排設(shè)計(jì)為可拆卸式的結(jié)構(gòu)類型。當(dāng)外齒形磨損嚴(yán)重時(shí)，只需更換齒排即可，具有操作方便、使用壽命較長(zhǎng)、更換方便等優(yōu)點(diǎn)，大大降低了設(shè)備的使用成本。其結(jié)構(gòu)方案如圖6 所示。

圖6 單鏈沙克鏈輪

5 關(guān)鍵部件的維護(hù)保養(yǎng)

5.1 可張緊伸縮機(jī)尾拆卸及維護(hù)要求

1）根據(jù)可張緊伸縮機(jī)尾結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在后期運(yùn)行時(shí)，加油工作應(yīng)該最少一周進(jìn)行一次。當(dāng)機(jī)尾架上的壓鏈塊磨損后，須及時(shí)進(jìn)行更換，只需要擰松上面的螺栓即可。

2）系統(tǒng)允許通過已有的沖洗嘴來沖洗張緊路線間隙，軟管必須保持連接，沖洗工作應(yīng)該最少一周進(jìn)行一次。

3）在快速操作鏈輪和刮板等結(jié)構(gòu)時(shí)，需打開拆卸箱，此時(shí)，拆卸箱的兩瓣即可打開。前滑蓋非常容易打開，為此，桿的中心點(diǎn)朝上，然后蓋可以推回去。為便于操作阻鏈器，機(jī)架安有后滑蓋。后滑蓋的打開和閉合和前滑蓋類似[4-5]。

4）為快速操作鏈輪和刮板等零件，可先安裝鏈輪后，再安裝撥鏈器和舌板，并在安裝口處旋轉(zhuǎn)進(jìn)機(jī)架里，然后用機(jī)架桿將撥鏈器下部后面的凹部鎖定。最后，將螺栓頭插入機(jī)架上螺栓固定器的合適的孔里。然后將帶孔的舌板推到螺栓上并且用螺母固定。

當(dāng)軸組移去后鏈條舌板的正確拆卸順序如圖7所示。

圖7 鏈條舌板的正確拆卸順序圖

5.2 雙面可翻轉(zhuǎn)溜槽的拆卸及維護(hù)要求

針對(duì)雙面可翻轉(zhuǎn)溜槽的拆卸，確定了如下拆卸過程：

1）松開兩側(cè)的螺母并移去連接底擋板以及耐磨件的螺栓鎖件。

2）移去特制螺栓，耐磨件就可以按箭頭所示方向旋轉(zhuǎn)180°。如果耐磨件兩側(cè)都磨損就將其換掉。

3）用栓銷和螺絲把底擋板和耐磨板安裝到一起。

4）為了檢查一體機(jī)底鏈運(yùn)行情況，維修更換刮板和接鏈環(huán)，設(shè)計(jì)了開口槽和開口底擋板，同樣在轉(zhuǎn)載部分也設(shè)計(jì)了開口槽，每隔7 節(jié)中部槽安裝一節(jié)開口窗槽。

5）為中部槽連接環(huán)位于靠近溜槽底板的中心，每一個(gè)連接環(huán)的破斷力高達(dá)5 000 kN.連接環(huán)非常容易安裝和拆卸，無須使用專用工具。

6）為中部槽啞鈴銷組件位于靠近中板的中心處。每一個(gè)中部槽啞鈴銷的破斷力達(dá)到3 000 kN 個(gè)別達(dá)到4 500 kN。中部槽啞鈴銷易于安裝，無須專用工具。

6 結(jié)語

直角轉(zhuǎn)彎大功率重型刮板輸送一體機(jī)的設(shè)計(jì)，解決了當(dāng)前設(shè)備能量消耗高、功率損耗大、煤塵量大、生產(chǎn)效率低等問題，是當(dāng)前刮板輸送機(jī)升級(jí)發(fā)展的重要方向。根據(jù)煤礦生產(chǎn)任務(wù)情況，針對(duì)性地設(shè)計(jì)了直角刮板輸送機(jī)相關(guān)性能參數(shù)，保證設(shè)備各部件的運(yùn)行效率，更是企業(yè)及設(shè)計(jì)單位重點(diǎn)考慮問題。同時(shí)，設(shè)備運(yùn)行時(shí)，也需重點(diǎn)其關(guān)鍵部位進(jìn)行維護(hù)、保養(yǎng)，保證設(shè)備的高效安全運(yùn)行。該設(shè)備的設(shè)計(jì)開發(fā)，也更加符合當(dāng)前智能化煤礦設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)，極大提高了設(shè)備的卸煤效果，保證了設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性，降低了費(fèi)用支出，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值較大。