掘进机部件中运输机的分析研究

□韩保材　□李　钢

北钢管业（营口）有限公司　辽宁营口　115007

掘进机部件中运输机的分析研究

□韩保材□李钢

北钢管业（营口）有限公司辽宁营口115007

介绍了我国煤机发展思路和掘进机的主要功能、特点、组成。重点阐述了掘进机部件中运输机的用途、构造及相关设计计算等，其结果对煤矿机械中的掘进机、装煤机及其它类似设备运输机部分的设计有一定的参考价值。

近年来，随着我国煤炭行业的快速发展，与之密切相关的煤机行业也日益受到重视。全国煤炭工业科学技术大会及国家发改委出台的煤炭行业结构调整政策中，都涉及到发展大型煤炭井下综合采煤设备等内容。

掘进和回采是煤矿生产的重要环节，国家方针是采掘并重，掘进先行。巷道的快速掘进是煤矿保证矿井高产、稳产的关键技术措施，采掘技术［1］及其装备水平直接关系到煤矿生产的能力和安全。高效机械化掘进与支护技术是保证矿井实现高产高效的必要条件，也是巷道掘进技术的发展方向。目前，高效机械化掘进行之有效的大型设备主要是掘进机。

1　掘进机的组成及特点

掘进机［2］是用于开凿平直地下巷道的机器，主要由行走机构、运输机［3］、铲板装运部、后支撑、本体、截割部、液压系统、电气系统等组成。随着行走机构向前推进，工作机构中的截割头不断破碎岩石或煤炭，并通过运输机将碎岩或煤炭运走。掘进机有安全、高效、节省人力和成巷质量好等优点，但造价大，构造复杂，损耗也较大。

2　运输机的用途

运输机作为掘进机的主要组成部分，主要作用是将截割头破碎下的岩石或煤炭通过铲板装运部输送到运输机中，再向下一级输送。在必要情况下，运输机后可以挂载第二运输机，使煤矿下开凿巷道的物料直接输送到地面，大大减小了工人的劳动强度，提高了物料运输效率，并相对减少了事故。

3　运输机的构造

运输机主要由刮板链、前溜槽、后溜槽、驱动装置、张紧装置、链条挡板六大部分组成，主要结构如图1所示［4］。

图1　运输机

3.1刮板链

刮板链由刮板、矿用圆环链、开口式连接环、螺栓、螺母及垫圈等组成。其中刮板采用高耐磨钢24Mn2K，矿用圆环链符合煤炭行业标准MT/T 71— 1997，开口式连接环符合国标GB/T 12718—2001。刮板链的主要作用是在驱动装置的驱动下进行物料运输传送，其结构如图2所示。

图2　刮板链

3.2前溜槽

为了便于运输及组装，运输机主体分为前后溜槽两部分，均为焊接件［5］，其结构形式如图3所示。

图3　前溜槽

3.3后溜槽

后溜槽与前溜槽通过螺栓、螺母、定位销连接，形成整个运输机主体。驱动装置及张紧装置等安装在后溜槽上，是整个运输机的框架部分，负责承载物料，其结构形式如图4所示。

图4　后溜槽

3.4驱动装置

驱动装置为运输机的动力传动装置，主要由电机［6］、驱动架、电机座、驱动轴、链轮等组成。电机连接到电机座上，电机输出轴与驱动轴通过花键连接，驱动轴又与链轮［7］连接，从而将电机动力传输到链轮上。链轮带动刮板链旋转，进行物料运输。驱动装置结构形式如图5所示。

图5　驱动装置

3.5张紧装置

张紧装置调整刮板链松紧程度，驱动装置通过油缸［8］及弹簧调整垫等综合调整链条松紧程度。当调整时，油缸快速接头连接外部供油管道使活塞杆伸出，张紧到适度时停止注油。此时活塞杆前端间隙用调整垫垫好，以防再次松动，同时弹簧［9］还能起到减振缓冲的作用。张紧装置结构形式如图6所示。

3.6链条挡板

链条挡板为焊接件，用螺钉固定在前后溜槽侧面，预防链条跳链、传动不平稳，确保链条及刮板按设计最佳轨迹运行。

图6　张紧装置

4　运输机参数计算

4.1运输机生产能力计算

式中：Q为生产能力，m3/min；F为输送机输送物料断面积，m2；V为刮板链链速，m/min，（V=2πRn，R为链轮节圆半径，m；n为电机转速，r/min）；ψ为装满因数，与运输机的角度有关，13°左右时可取值0.5。

4.2运输机运输阻力计算

4.2.1物料受力分析示意图［10］

物料受力分析如图7所示，图中，F=Gsinβ，N=Gcosβ。

图7　物料受力分析示意图

4.2.2物料运输阻力计算

式中：μ为摩擦因数。

式（2）得出的为单位长度内物料或刮板链产生的阻力，对于整个运输机而言，需乘以有效运料长度L。

4.2.3运输机运输阻力计算

通过式（1）、式（2）的分析计算，可知运输机运输的阻力主要为运输物料及刮板链、刮板自重所产生的阻力，所以运输机的运输阻力为：式中：Wz为运输阻力，N；q为溜槽中单位长度煤质量，kg（煤密度取d=0.85 t/m3，q=F×d×1 000，F为输送机截面积，m2）；q0为刮板链、刮板在溜槽中每米的质量，kg；L为运输机长度，m；β为运输机倾斜角度（根据实际设计情况而定）；f1为刮板链在溜槽中的移动阻力因数，双链、有导向一般取0.25；W'为煤在溜槽中的移动阻力因数，一般取0.8。

4.3电机提供给刮板链的牵引力验算

式中：D为驱动链节圆直径，m；Mn为电机输出扭矩，N·m；ηv为油泵容积效率，可根据设计手册和相关产品说明书进行查询；ηm为电机效率，可根据设计手册和相关产品说明书进行查询。

4.4结论

按实际设计将各参数带入上述公式，如果算出结果F＞Wz，说明设计合格（在实际情况中需考虑相应的安全因数）；如果F≤Wz，则要对电机参数或机械结构尺寸进行部分调整，以满足相关设计要求，确保所设计出的设备运行安全可靠。

5　结束语

在煤矿井下对所设计的掘进机进行试验，其运输机部分安全可靠，运载能力强，达到了预期设计目标，符合煤矿实际生产要求。目前，此设备已量产，这一运输机结构形式及计算公式对相关类似产品的开发设计具有一定的参考价值。

［1］朱嘉安.采掘机械和运输［M］.2版.北京：冶金工业出版社，2008.

［2］龚秋明.掘进机隧道掘进概论 ［M］.北京：科学出版社，2014.

［3］黄学群，唐敬麟，栾桂鹏.运输机械选型设计手册［M］.2版.北京：化学工业出版社，2011.

［4］刘永田，金乐.机械制图基础［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2009.

［5］中国机械工程学会焊接学会.焊接手册焊接结构 ［M］.北京：机械工业出版社，2015.

［6］王积伟，章宏甲，黄谊.液压传动［M］.2版.北京：机械工业出版社，2007.

［7］王义行.链轮设计制造应用手册［M］.北京：机械工业出版社，1994.

［8］闻邦椿.机械设计手册［M］.北京：机械工业出版社，2010.

［9］秦大同，谢里阳.现代机械设计手册：单行本——弹簧设计［M］.北京：化学工业出版社，2013.

［10］钟锡华，周岳明.大学物理通用教程：力学［M］.北京：北京大学出版社，2010.

Described the ideas for development ofcoal miningmachine and its main functions and characteristics and composition.Focused on the use and configuration of the transporter for tunneling machine assemblies and related design calculation.Its findings have some reference value in design of entry-driving machine，coal loader and conveyor machines for other similar equipment.

掘进机；运输机；结构；计算

Entry-driving Machine；Transporter；Structures；Calculation

TH111；TD421

A

1672-0555（2016）02-064-04

2016年1月

韩保材（1981—），男，本科，机械工程师，主要从事掘进机、通井机、装煤机、制管设备的机械设计，及埋弧直缝焊管生产、设备管理、工艺制定等工作