适用于狭小空间的新型物料转载机构的设计

杜佳霖， 彭军， 冬梅

(1. 中国煤炭科工集团 太原研究院有限公司, 山西 太原 030006；2. 中国煤炭科工集团 上海有限公司， 上海 200030； 3. 上海东海职业技术学院， 上海 200241)

0 引言

掘进机主要在煤矿井下工作，由于其具有功能多、结构复杂、零部件较多、整机布置极其紧凑等特点，在机器内部预留的过人运输通道往往都极其狭小，根据掘进工艺，经常需要在掘进机内运输物料，比如锚杆、钻杆等损耗器件，掘进机还需要检修、维护、拆卸、安装、运输等。为适应掘进机内部狭小空间的物料搬运运输，需要设计特殊的物料运输机构来解决狭小空间不规则形状的物料运输问题。在实际工程使用中，圆形断面与实际使用要求不太符合，而现有实际使用巷道大多以矩形巷道为主[1]。随着近年来隧道掘进的快速发展，全断面矩形掘进机、矩形顶管机、矩形盾构机等矩形掘进机应用也越来越多，故探索设计类似狭小空间不规则导轨的物料搬运机构具有非常重要的意义，也可广泛使用于隧道掘进领域[2]。

1 新型物料转载机构构成与工作原理

矩形掘进机是一种新型应用于煤矿巷道掘进的一次全断面截割矩形掘进机，它集截割、装载、运输、支护、喷雾降尘等多种功能于一体，其功能多样、结构复杂、空间紧张。根据矩形掘进机内部特殊空间结构设计的新型物料搬运运输系统,其主要由异形导轨、导轨固定件、特殊设计运输小车、吊环、需要运输的物料等组成。其异形导轨是根据掘进机内部空间限制特殊设计，以满足掘进机内部运输通道的限制，导轨固定于掘进机顶部，通过灵活配焊的固定件临时安装固定，简单可靠，安装时将异形导轨通过高强度螺栓连接在导轨固定块上，整体放置于机器顶部后焊接固定；整个导轨根据运输长度的需要布置几个运输小车，当需要运输的物料比较重或者运输尺寸比较大时，可以用2个或3个运输小车同时配合进行运输，这样灵活可靠，并在运输小车内专门设计轴承，因其摩擦力小，故运输动力可通过人员在通道内拉动物料进行运输，即尽量采用减少摩擦力的办法通过人力侧斜拖动运输小车实现物料的转载运输。整个运输搬运系统构成及布置如图1所示。

2 新型物料转载机构设计

2.1 系统设计

图1为近似U型结构的物料搬运运输系统，在中间过渡段设计6个转弯的形状，避开了掘进机内部运动部件，可合理适应内部通道空间。根据实际尺寸设计的转弯半径，其分别为900 mm、950 mm、1 000 mm， 同时为保证运输小车能顺利通过这个弧度，其运输小车轴承及轮子前后设置2组，运输小车与中间折弯的工字钢之间间隙只有5 mm，为了避免小车在转弯时发生干涉，通过作图设计在转弯时的运输小车最小转弯半径为850 mm。由于按掘进机内部结构设计的6个转弯半径均大于最小转弯半径，故避免了运输小车在运动过程中干涉情况的发生。图2为限位及固定图。

图1 新型物料搬运运输系统

2.2 运输小车结构设计

运输小车的具体结构见图3。整个运输小车由起吊块、2个轮子固定块、4个轮子固定轴、4个轮子、8个深沟球轴承、4组圆螺母止动垫圈及1个M36吊环组成。每2个轮子形成1组，其形状与10号工字钢的结构形状一致，保证轮子在工字钢上部顺利滚动且无干涉。这4个轮子由于经常需要滚动，故制作过程中采用耐磨处理，通过45钢整体调质后再在滚动面局部低频淬火工艺加工[3]。每一个轮子通过2个滚动轴承固定于轮子固定轴上，通过圆螺母及轴肩拉紧固定。轮组固定于轮子固定板上，起吊块靠在轮子固定板上，这样就将下部需要运输的物料质量传递于4个轮子上，4个轮子在工字钢导轨上滚动实现运输。采用M36的吊环连接于起吊块上，再将需要运输的物料通过钢丝绳固定于吊环上。起吊块下部布置3个M36螺纹，可以根据物料的尺寸及质量调整M36起吊螺钉的位置，也可以根据实际使用情况安装布置2个。安装时在螺纹内部涂抹防松螺纹胶，以保证螺纹不松动，确保运输吊运安全可靠。

图2 新型物料搬运运输系统限位及固定

该物料搬运系统实际应用于全断面矩形快速掘进机内部搬运锚杆、钻杆、润滑油、齿轮油等易损耗件，以及其他需要检修更换的零部件。在运输过程中可以根据实际需要安装合适数量的运输小车，根据物料的尺寸及质量适当选用几个运输小车同时进行吊装运输。根据需要运输的物件要求以及整机空间限制设计的运输搬运，其最大质量为1 t。在地下矩形隧道掘进机内如果遇到需要利用类似物料搬运系统时，可以根据相应掘进机内部空间情况以及需要搬运的物料质量、满足相应使用要求的物料搬运系统的尺寸设计从而满足实际使用要求。

图3 新型运输小车结构

3 结语

根据地下隧道掘进机实际空间尺寸设计的物料搬运系统，它不仅能够减少人员直接搬运物料及零部件的难度，而且减少操作人员的劳动强度。同时解决了以往在狭小空间内人力无法进行直接搬运大物件等运输搬运的棘手问题，避免了在人力搬运过程中碰撞损坏掘进机内部零部件的问题。

地下隧道掘进属于封闭施工,掘进机内部空间紧凑，给更换检修零部件及运输物料、零部件带来困难[5]。通过该物料转载机构的设计，可将其推广应用于其他地下矩形隧道掘进机的物料运输领域，以解决实际工程使用中遇到的运输难题。