矿用带式输送机浮煤清理装置的设计研究

陈 春， 郭 杉

（山西三元福达煤业有限公司， 山西 长治 046000）

引言

煤矿井下斜巷运输是煤炭生产及运输的重要环节，主要用于井下与水平地面间的煤炭、矸石、材料、设备和人员等的提升运输，斜巷运输中主要使用的运输设备为带式输送机。带式输送机是煤矿生产中最理想的高效连续运输设备，与其他运输设备（比如机车）相比，具有运输结构稳定、输送距离长、运量大和连续输送等优点，而且运行可靠，易于实现自动化和集中化控制[1]。

由于煤矿井下运输巷道内环境恶劣，在带式输送机运输煤炭过程中，经常发生各种事故，例如断带、纵撕、跑偏、打滑等，导致出现撒煤现象[2]，撒落到运输巷道内的煤块和煤粉堆积形成浮煤，严重影响煤矿井下工人的生命安全和生产效率。针对上述问题，三元福达煤业有限公司研究设计出一种矿用带式输送机浮煤清理装置，此装置采用链斗式输送装置与多轮系结构相结合的设计特点，与带式输送机联动运转，实现浮煤清理功能。

1 矿用浮煤清理装置总体结构设计

矿用带式输送机浮煤清理装置的主体结构为链斗式输送装置，链斗式输送装置的基本组成如图1所示，分为三个基本部分，包括顶部、底部和中间部分。顶部装置包括顶轴和链轮、轴承系、驱动装置、支撑结构、料斗、链条和机壳。底部包括底轴和链轮、可调节轴承系、支撑结构、机壳、料斗和链条。中间部分一般有垂直支撑结构、机壳、载运的料斗和链条组成。在大多数情况下，提升机机壳用来支撑机械装置和防尘。

图1 链斗式输送装置的基本组成图

图2 总体方案流程图

矿用带式输送机浮煤清理装置的总体方案流程图如图2 所示，根据总体方案设计出的浮煤清理装置总体机械结构如下页图3 所示，主要由机壳、头轮组、转向轮组、张紧轮组、从动轮组、底座、斗链、挖煤斗、挡板、盖板、导板和连接块等组成。其中支撑结构由机壳和底座两部分组成，底座安装于带式运输机的下方，固定在煤泥水池内，用于支撑从动轮组的转动。机壳固定于底座上方，将带式运输机半包围住，用于支撑头轮组、转向轮组和张紧轮组的转动。浮煤清理转运装置包括头轮组、转向轮组、张紧轮组和从动轮组四个轮系，用来规划浮煤的转运路径，此外整个矿用带式输送机浮煤清理装置还包括液压控制系统、电气传感控制系统等。

图3 浮煤清理装置总体机械结构图

带式输送机浮煤清理装置的驱动机构位于机壳上部的头轮组，头轮组的两端固定于机壳上方且安装有液压马达，液压马达连接有液压泵站，为浮煤清理装置提供动力。转向轮组安装于机壳的中间位置，用于改变挖煤斗的运行轨迹和优化清煤路径。张紧轮组安装于转向轮组的下方，由轴承、螺杆、滑座、张紧轮和张紧轴等组成，张紧轮组通过滑座和导轨的导向作用实现水平方向的移动，张紧轮组移动到预定位置后产生预紧力，通过对顶螺母固定螺杆达到张紧轮组的张紧目的。从动轮组水平安装于底座的上方，当挖煤斗运动到从动轮组的位置时，挖煤斗通过在两套从动轮组间的水平运动，完成煤池内的浮煤清理工作。

2 矿用浮煤清理装置部分结构设计

2.1 机壳与底座结构设计

浮煤清理装置的机壳主要起支承和密闭两大作用，在机壳上安装有四个轮组，并且与底座相互配合，就需要保证机壳的加工精度。机壳中各个零部件的质量优劣直接影响整机的工作性能，所以机壳技术要求较高，要求机壳上法兰面与下法兰面的平行度与垂直度保证较高公差等级，除此以外还要求机壳整平。

根据对链斗式输送装置头部壳体的参考和浮煤清理装置的实际应用情况，设计出的机壳结构如图4 所示，机壳安装在底座上方，整体结构采用Q235的普通碳素结构钢，头轮组、转向轮组、张紧轮组从上到下依次安装在机壳上，机壳中间焊接一块材料为65Mn 的耐磨板，为挖斗及斗链进行导向，四周装上挡板，以保障在运行过程中不会出现飞溅。

底座结构如图5 所示，固定连接在煤水池中，底座上平行安装有两套从动轮组，支撑从动机构转动。当挖煤斗运行到两套从动轮组中间时产生挖煤效果，底座中间焊有一块弧板，使挖斗能够更加轻松地挖取浮煤，提高工作效率。

图4 机壳结构

图5 底座结构

2.2 轮系结构设计

头轮组为煤泥清理装置的驱动机构[3]，由液压马达、通盖、油封、轴承、轴承座、挡片、压盖、动力轮A、动力轮B、闷盖、单向离合器、动力轴、钢管等组成。动力机构位于上机壳的上部，两端固定在上机壳上，动力机构上装有液压油泵，液压油泵与液压泵站连接，为整个煤泥清理装置运行提供动力，头轮组结构如图6 所示。

图6 头轮组结构

转向机构主要由端盖、O 型圈、轴承、密封圈、挡片、压盖、轴承座、转向轮、转向轮轴及其他部件组成，位于上机壳中间位置，用于改变转运斗的运行轨迹和优化清煤路径，转向轮组结构如图7 所示。

图7 转向轮组结构

张紧机构位于转向机构下方，由导轨、带滑快座轴承、盖、滑座、螺杆、张紧轴、张紧轮和螺母等组成，张紧机构通过滑座和道轨的导向作用实现在水平方向的移动，当张紧机构移动到张紧位置后，使用对顶螺母固定的螺杆达到张紧机构的张紧目的，张紧轮组结构如图8 所示。

图8 张紧轮组结构

将从动轮组安装在底座上，其主要由端盖、轴承、挡片、压盖、从动轮、从动轴和轴承座等组成。从动轴为阶梯轴，端盖、轴承座、轴承、压盖一次安装在阶梯轴的第一阶梯段，从动轮安装在阶梯轴的中间段。阶梯轴的两侧安装顺序及安装位置相同，从动轮组结构如图9 所示。

图9 从动轮组结构

2.3 挖斗与斗链结构设计

料斗为斗链式输送装置的装载部件，一般是用2～6 mm 厚的钢板焊接或冲压而成。为了提高料斗边缘的耐磨能力，一般要在料斗外边缘焊接一条附加的钢板，料斗主要分为深料斗、浅料斗和有挡边料斗三种[4]。根据对以上三种料斗结构的研究，设计了如图10 所示的挖斗结构，既保证了挖斗的挖取量，也保证了制作的简单性。

图10 挖斗结构

牵引部件通常有胶带和链条两种结构。橡胶带：将料斗固连于胶带上，料斗宽度要较胶带略窄。链条：单挂链条与料斗后壁相连接，双挂链条时料斗安装在里侧。该浮煤清理装置选用链条结构，斗链与挖斗的连接如图11 所示。

3 矿用浮煤清理装置工作原理介绍

矿用带式输送机浮煤清理装置采用恒压液压泵站为整个装置提供动力[5]，头轮组上的液压马达与液压泵站连接，为四个轮组的运动提供动力实现浮煤清理功能。浮煤清理装置的底座安装于煤泥水池内，当装置开始工作时，挖煤斗持续地在从动轮组间进行水平运动，将煤泥水池内的浮煤装入挖煤斗中，装有浮煤的挖煤斗随斗链上升到头轮组位置时，随着头轮组的变向将浮煤倾倒在带式运输机皮带上，之后挖煤斗依次经过转向轮组和张紧轮组后转变方向，重新进入到从动轮组，从而完成一个浮煤清理的工作循环，浮煤清理路径如图12 所示。

图11 斗链与挖斗的连接

图12 浮煤清理路径

矿用带式输送机浮煤清理装置主要由液压马达、双向液压锁、隔爆型电磁换向阀、压力表组件、单向阀、手动变量泵、防爆电机、截止阀、过滤器、溢流器、防爆型电磁换向阀和空气滤清器等部分组成。当电控系统给出开始挖煤信号时，截止阀、隔爆型电磁换向阀等阀门打开，防爆电机带动手动变量泵转动，从油箱中吸油提升油压，达到一定压力后通过双向液压锁带动液压马达转动，实行挖泥的任务。压力表组件监控液压系统的压力变化，为电控装置提供开关信号。当系统出现过载情况时，溢流器和防爆型电磁换向阀为清煤系统泄载，保持系统压力恒定。

4 结语

运用本文设计的适用于煤矿井下倾斜运输巷道的矿用带式输送机浮煤清理装置，可解决皮带运输巷道内带式输送机的撒煤处理困难的问题。该装置被安装在倾斜井巷带式输送机机尾或输送机下变坡点处，能够与带式输送机进行联动运行，在带式输送机停止运行时浮煤清理转运装置能够自动停止。该套装置结构紧凑，尤其适用于作业空间狭小的运输巷道内，减少了清理浮煤的工作人员数量和劳动强度，减少了带式输送机的停机次数，提高了工作效率，实现了浮煤清理的自动化和机械化。