矿用刮板输送机推移横梁的优化设计研究

莫芙蓉

（大同煤矿集团机电装备制造有限公司，山西大同037001）

0 引言

矿用刮板输送机是煤矿井下综采设备运输类机械的重要组成部分，是煤矿井下综采工作面三机配套的基础设备，它与液压支架、采煤机、转载机、皮带机等协同工作，组成综采设备系统进行煤矿的开采工作，其用途是：1）将工作面开采下的煤炭运至机头卸载到转载机，并通过皮带机等设备运至井上；2）与液压支架相连接，作为支架的拖移固定点，以便采过一个截深后，完成推移的各个动作，以保证采煤循环的连续过程，实现高产、高效综合机械化采煤；3）清理工作面浮煤的功能；4）悬挂电缆、水管、乳化液管等。刮板输送机是一种具有挠性牵引机构的连续运输机械，其结构主要由机头传动部（含机头架、电动机、减速器、垫架、联接罩等）、机尾传动部、过渡槽、变线槽、中部槽、电缆槽、刮板链、液压马达紧链器、销轨等组成，头、尾传动部和刮板链是其牵引机构，中部槽是其承载机构。刮板输送机的输送能力在很大程度上决定了采煤工作面的生产能力和效率，而由于井下煤层复杂的赋存条件、受巷道有限断面尺寸的要求以及工作面（水平、倾斜、上坡、下坡）等各种交错联接走向的影响，使得刮板输送机在使用中要承受拉、压、弯曲、冲击、摩擦和腐蚀等多种作用，因此其必须要有足够的强度、刚度、耐磨性、耐腐蚀性以及合理的结构设计。

推移横梁作为承载刮板输送机机头、机尾支撑及液压支架推溜行走中的关键部件，其设计结构及整体焊接质量成为决定刮板输送机整机使用性能的关键。井下综采工作面刮板输送机在实际使用的情况中，往往由于工

作面地质条件、煤层实际情况、工作面走向坡度等原因，致使推移横梁联接头在使用中多少会出现一些联接偏差，从而导致井下安装费时费力。为此，在本次可调式推移横梁优化设计研究中，改进了以往横梁固定配套推移点的布置模式，而设计成底板-横板穿销焊接结构，推移线按均布排孔做成可调式推移联接头，从而有效解决联接偏差问题，并能适应不同工作面、不同布架要求，同时提高了使用效率，降低了安装、维修的成本，为煤矿综采工作面的高产、高效、低成本创造了必要条件。

为了响应国家煤炭行业供给侧结构性改革的方针，为适应煤机装备制造业高端化的战略要求，同时也为使矿方用户更加安全高效地运用综采机械化采煤设备。我厂本着方便、实用、符合配套要求的原则，为矿方的使用提供便利性，在充分调研各矿井下综采工作面刮板输送机推移横梁使用情况的基础上，决定优化设计此结构的可调式推移横梁。

1 可调式推移横梁的设计

1.1 可调式推移横梁用料尺寸参数的确定

为了确定此可调式推移横梁所用材料的尺寸大小，对我厂制造的刮板输送机推移横梁的尺寸进行了统计，如表1所示。

1.2 可调式推移横梁相关设计参数的确定（以头三尾三为例）

表1 布架方式统计表

1）推移横梁底板、支撑板尺寸的确定，根据表1统计数据可得，最大布架方式为头三尾四，最小布架方式为头二尾二，机头侧推移横梁布置长度在3000～4500 mm范围之内，机尾侧推移横梁布置长度在3000～6000 mm范围之内。考虑到推移横梁在实际工作状态中的灵活性、便捷性以及整体的焊接和加工难易程度，将其设计为机头（尾）推移横梁和过渡头（尾）推移横梁两部分。其焊接结构为：底板-定位销-连接销-支撑板-横板-加固筋板（若干）。这种结构不但可以保证其整体的的强度和焊接性能，而且还能大大减轻横梁自身的质量，有利于井下有限空间工作面的现场操作和维护。

2）机头（尾）推移横梁板材焊接结构及焊接方式的确定。根据实际需要，我们将机头（尾）推移横梁设计为支撑板上扬5.5°的箱式框架结构。采用2-φ98×85 mm的定位销其与机头架的链接对中点，在支撑板左右两侧对称均布5个33 mm×35 mm的长孔作为与其机头架的螺栓铰接固定点，在支撑板下部空间与底板上部空间均布箱式框架筋结构采用角焊缝焊接而成。底板与横板采用穿销定位环形填充焊接，并彼此坡口填充焊接加固而成，在横板距前端65 mm处均布间距125 mm的φ52 mm排孔结构，如图1所示。

图1 机头（尾）推移横梁示意图

3）过渡头（尾）推移横梁板材焊接结构及焊接方式的确定，根据实际需要，将过渡头（尾）推移横梁设计为底板与横板穿销定位搭接焊接结构。采用2-φ60×105 mm的定位销作为与过渡槽的链接对中点，在底板前后两侧对称均布2个φ60 mm的内凹长孔作为与过渡槽的螺栓铰接固定点。底板与横板依然采用穿销定位环形填充焊接,并彼此坡口填充焊接加固而成，在横板距前端65 mm处均布间距125 mm的φ52 mm排孔结构，如图2所示。

图2 过渡头（尾）推移横梁示意图

4）移动联接推移耳组件焊接结构及焊接方式的确定。推移耳组件与液压支架推移结构中的联接头配套使用，根据情况分为单耳和双耳结构，推移耳的强度要与液压支架的推移千斤顶推拉力相匹配，根据刮板输送机槽宽不同，推荐不同厚度的推移耳与之配套，如表2所示。

表2 配套推移耳厚度统计表

根据实际需要，本文将推移耳组件设计为双联接板穿销定位角焊和前端塞焊单推移耳结构。采用2-δ60厚联接板上、下穿销定位焊接，前端中心定位塞焊δ80的单推移耳作为与支架联接点。推移耳组件整体与推移横梁采用内外啮合装配，用定位销锁紧固定安装，如图3所示。

2 结构简介及工作原理

图4所示为井下综采工作面（过渡液压支架-刮板输送机）相互配套工作方式，液压支架推移系统与刮板输送机推移耳联接，其中可调式推移横梁主要由底板、定位销、连接销、支撑板、横板、加固筋板（若干）组成。工作时，首先将机头（尾）推移横梁通过定位销、固定螺栓安装在机头（尾）架下部，将过渡头（尾）推移横梁通过定位销、固定螺栓安装在过渡槽头（尾）下部，然后横梁排孔上安装移动活联接头用螺栓铰接固定，联接头分别与过渡支架穿销联接，完成支架与刮板输送机的配套联接。在井下采煤工作中，采煤机从机头-机尾或从机尾-机头行走截割后，液压支架在支护前提下，相邻架以一个步距为单位执行前进推溜动作，在不同工作面和不同布架方式情况下，此结构可调式推移横梁都能合理满足支架推移点要求。

图3 推移耳组件示意图

图4 刮板机配套示意图

3 应用效果及创新点

3.1 应用效果

刮板输送机整机结构中当属机头、尾部件质量最大，所以通常需要几个过渡支架一起推移刮板输送机的头尾，推溜力较大，因此推移横梁的优化设计就显得尤为重要。此特殊工况可调式推移横梁研制成功后，已在煤矿井下综采工作面刮板输送机上配套投入使用多时。经日常生产的实际验证，用户反映良好、评价高。很好地实现了针对井下不同工作面、不同地质条件、不同设备配套可以通用互换，更能有效、合理地布置和运煤，并能很好地协同采煤机、液压支架完成一系列采煤、推拉动作。提高了综采综机工作效率，有效降低了设备维修率，为综采设备高产高效奠定了基础。

3.2 创新点

1）结构一。如图5所示，此推移横梁为箱式焊接整体式结构，其安装方式为：过渡槽坐在推移横梁底板上，过渡槽底部与推移横梁用定位销固定，过渡槽左右焊接联接孔与推移横梁采用螺栓联接紧固。此结构的优点是整体焊接性好，缺点是体积大、笨重、安装费时费力，固定式推移耳可调节范围小、单次调节量大，不便后期维修。

图5 箱式推移横梁示意图

2）结构二。如图6所示，此推移横梁为短箱式焊接整体式结构，其安装方式为：过渡槽坐在工作面上，过渡槽与过渡挡煤板通过定位销定位、螺栓联接紧固，推移横梁通过后联接耳与过渡挡煤板凹凸配合穿销固定联接。此结构的优点是推移横梁质量减小、更换、维修方便，缺点是固定式推移耳可调节范围小、单次调节量大，同时后联接耳处多了一道联接环节，联接销受力不均，易断且不易更换。

3）结构三。如图7所示，此推移横梁为底板-横板穿销焊接整体式结构，其安装方式为：过渡槽坐在推移横梁底板上，过渡槽底部与推移横梁用定位销固定，过渡槽左右焊接联接孔与推移横梁采用螺栓联接紧固。推移横梁横板前端加工成排孔式结构，按需安装几处活推移耳组件。此结构的优点是结构简单，整体焊接性好、实用性强，轻便小巧，便于拆装，液压支架调节方便，可调节范围大，缺点是加工成本高。

a.采用δ＝60 mm与δ＝50 mm的NM360钢板彼此穿销定位焊接，更加有效地保证装配尺寸和横梁整体焊接性能、使用性能；b.在满足配套要求的前提下，横梁结构简单，更加轻量化，使得安装、使用更加便捷，大大提高了实用性；c.排孔式推移点设计能更有效地保证不同推移位置的要求，使得液压支架调节方便、可调节范围大，同时可保证按需装配使用调节槽以便有效满足工作面窜头、尾情况下的合理使用；d.推移耳在使用过程中容易出现断裂、变形等情况，所以建议推移耳板材质采用NM360及性能更佳的板材。

图7 可调式推移横梁示意图

4 结 语

此种可调式推移横梁的设计，不仅结构强度好，外形尺寸小，同时质量也比原结构减轻了25.3%，解决了原结构推移耳单一、可调节范围小，箱式体积大、不易拆装维护等问题。推移横梁作为整机部件中的关键结构，又是液压支架与刮板输送机联接的桥梁，其结构的合理性、使用的安全性、可靠性都将影响着整个工作面的正常推进，因此从结构和材料方面进行优化设计，可以保证刮板输送机整机在使用中的可靠性和高效性，降低综采工作面的设备故障率，保证采煤工作的正常进行，为现代化高产、高效煤矿奠定坚实的基础。