移动式胶带转载机履带侧卸单元的研究＊

王佃武，宋福来

（1.中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，山西 太原 030006；2.神木汇森凉水井矿业有限责任公司，陕西 榆林 719319）

1 引言

胶带转载机是煤矿井下掘进作业重要的配套设备。在综合机械化掘进工艺中，通常采用悬臂式掘进机、桥式胶带转载机、可伸缩胶带机的配套形式。桥式转载机为中段悬空的整体刚性结构，其跨距一般在20～30 m，与可伸缩胶带机机尾部搭接短，对巷道起伏变化适应性差，而且在掘进过程中需要频繁拉移机尾、延伸胶带，影响整个掘进效率[1]。

近年来，掘锚一体机这种高效机组在神东乃至整个蒙陕矿区得到快速推广，掘进速度的提升对后配套转载运输设备的能力要求不断提高。2012 年，中国煤炭科工集团太原研究院启动了以掘锚机为龙头的单巷快速掘进系统的开发，需研制一种新型胶带转载机进行配套，其设计参数为：最大运输能力1 600 t/h，带宽1 m，搭接长度不小于50 m，以降低系统设备调动和延伸胶带的频次，满足日进50 m 煤巷高效快速掘进的要求。

2 技术要求

移动式胶带转载机的组成及配套方式如图1 所示。

图1 移动式胶带转载机的组成及配套方式

移动式胶带转载机在掘锚机的牵引下跟随掘锚机移动，高效可靠地转载煤炭，形成连续运输。移动式胶带转载机整机由两部分组成，主体部分为胶带机，由若干桁架铰接连接，相邻两节之间可上下摆动，架体下方布置行走胶轮在地面上行走，能适应地面的起伏变化。主体部分后方连接履带侧卸单元，其作用为将煤流再次侧卸到可伸缩胶带机。履带侧卸单元同时具有行走功能，以保持与主体部分的运动搭接，并在必要时牵引主体部分退机。由于巷道空间要求，履带侧卸单元的高度和宽度需控制在3.5 m和1.5 m 内，具有250 mm 的离地间隙，具有良好的通过性。

3 总体方案

履带侧卸单元结构如图2 所示，履带侧卸单元主要由履带底盘、轨道组件、移动小车、侧卸部、电气系统、液压系统等组成。轨道组件连接在底盘上，移动小车在轨道组件上滑动，移动小车前端连接胶带转载机卸载滚筒，后端连接侧卸部，轨道组件下方布置电气系统及液压系统。

本设备集转运、行走、供电、供液于一体，结构紧凑，主要采用了以下技术保障设备的成功研发：①采用整机重心数字化分析技术，可以控制整机重心位置变化，设备稳定性好。②研制具有纠偏功能的底盘，可对胶带机在巷道中的位置进行强制纠偏，适应性强。③利用高度势能，优化侧卸转载路径，实现无动力转载。④集成组合式动力负荷中心，对成套快速掘进系统各设备供电进行控制。

4 部件设计

4.1 底盘总成

履带侧卸单元底盘结构如图2 所示。履带侧卸单元底盘总成主要由履带架组、驱动装置、导向装置、履带链纠偏装置、前支撑装置组成，其研究重点是纠偏装置的结构。履带侧卸单元自重约14 t，承受胶带转载机卸料部质量约5 t；侧卸部和移动小车可在轨道组件上前后滑动1.5 m，因此设备重心时刻为变量，设备自身体积较小，整机宽度1.5 m，根据履带行走设备相关标准，履带接地长度需控制在1.6 m 内。充分运用数字化模拟分析技术，模拟整机的工作状态，调整底盘连接点位置，实现重心位置在合理范围内变化。

图2 履带侧卸单元

胶带机在实际掘进中存在跑偏现象，在履带侧卸单元上设置了纠偏机构，纠偏机构在马蒂尔机构基础上进行了创新，利用前点支撑后点推移原理，保证纠偏机构的实用性和可靠性，同时，该纠偏机构可将设备抬离地面，方便进行履带张紧、加注黄油等维护保养工作。

图3 履带侧卸单元底盘

4.2 侧卸部研究

侧卸部为本机的主要工作机构，与移动小车后部连接，利用皮带运转过程中煤流的速度惯性、侧卸部与顺槽皮带高度差以及煤炭的合理转载路径，实现煤炭的无动力抛洒转载，落煤口设有可调导流板，可以根据实际情况调整煤流方向。转载路径设计是煤炭能否顺利转载的关键，通过动力学分析，确定转载水平转角为45°，垂直方向角度为30°，实现最短转载路径、最小转载高度设计。料斗物料通过性动力学仿真如图4 所示。

图4 料斗物料通过性动力学仿真

4.3 轨道组件、移动小车研究

根据胶带转载机与履带侧卸单元的相互运动关系，设计滑动轨道与移动小车。轨道组件长4.5 m，其中轨道有效长度为3 m，轨道组件为单跨结构，采取高强板箱梁结构设计。

移动小车主要由滚轮组件和车架组成，滚轮组件与轨道相连，上方布置球铰承载胶带转载机卸料部。移动小车前后有效移动距离1.5 m，前后端设置行程开关，防止小车脱轨。

5 系统设计

5.1 驾驶操作系统

履带侧卸单元上部设置驾驶室，操作人员坐在驾驶室里操作设备，实现设备的启停、移动、姿态调整等功能。利用人机工程学设计方法，根据中国成年男性的体侧数据，通过建立人体三维运动学模型，进行运动仿真，对操纵系统与司机肢体可触及范围进行匹配，对驾驶室显示器、液压操纵杆、电气操作按钮合理布局和优化设计，从而能确保司机舒适、高效地操纵设备。为了给司机提供良好的人机界面，采用12 寸液晶彩色显示屏进行设备状态监控，显示设备运行数据、信息，全面掌握设备的运行状态。

5.2 电气系统

履带侧卸单元承担成套快速掘进系统所有设备供电中转任务，因此，机载一台四回路动力负荷中心，输出回路采用400 A 真空接触器。供电形式采用1 140 V、50 Hz，主电控箱控制泵站电机和皮带转载机电机，内置变频调速模块。履带侧卸单元的移动与掘锚机的行走互锁，履带侧卸单元司机确认后掘锚机才能行走，保证系统操作人员安全；轨道前后设置行程开关以防移动小车脱轨，行程开关触发后，设备停止行走，重新行走需要解锁。

5.3 液压系统

液压系统采用开式变量系统，液压泵为轴向柱塞变量泵，采取恒功率+压力切断+负载敏感控制方式，恒功率设定值为45 kW，保护泵站电机不过载运转；压力切断设定值为28 MPa，限制液压系统不超压运行；负载敏感控制根据负载需求自行调节流量，实际输出流量仅为负载所需，节能环保。行走采用高速马达+减速机方式，控制阀为负载敏感阀，实现设备行走的无级调速。

5.4 水冷喷雾系统系统

设备设计了水冷喷雾系统，主要用于冷却液压系统、变频器、卸料部的降尘，采用电磁阀控制，与皮带机滚筒联动，实现皮带机启停时的自动通、断水。

6 结语

针对高效快速掘进工作面运输系统转载的要求，研制出自移胶带转载机及其履带侧卸单元，对巷道掘进运输转载设备革新进行了一次有益尝试。整机配套掘锚综合机组，在神东大柳塔矿使用，平均月进尺达1 400 m[2]，最高月进尺达到2 500 m，各项性能指标达到了预期目标。