带式输送机伸缩机身牵引装置研究

宁夏天地西北煤机有限公司 石嘴山 753000

0 引言

王国法院士在智能综采系统评价指标中提出，带式输送机采用智能张紧、可折叠伸缩机尾，使配套自移机尾在跟进一定长度时，无需实时补充正常支撑机身，实现机尾连续跟进运输[1]。目前伸缩机身通常采用绞车牵引，每次需要移动绞车并锚固，不能连续牵引，效率较低，且牵引绞车采用柔性钢丝绳拖拉，只能承受拉力，而带式输送机工作的巷道较为复杂时，伸缩机身出现反向受力的情况，用单台绞车牵引无法实现，若布置两台绞车前后拖拉，不但成本较高，且协同控制复杂。为改变上述的情况，本文研究了一种新型摩擦式牵引装置，提高了伸缩机身的牵引效率，降低了人员劳动强度。

1 主要结构及原理

伸缩机身牵引装置系统布置如图1所示，主要包括伸缩机身、轨道、牵引装置、上输送带、下输送带、自移机尾等。初始状态时，伸缩机身全部压缩至最短，布置在自移机尾之后，通过缓冲液压缸与其连接，随着掘进工作面的推进，掘进带式输送机配套的自移机尾会自动跟进，拖动伸缩机身逐步自动展开至最长，此时伸缩机身再次缩短时，为了提高工作效率，降低作业强度，需要依靠本文研究的摩擦牵引装置驱动。

图1 伸缩机身牵引装置工艺系统布置原理图

摩擦牵引装置工作原理如图2所示，主要包括夹带液压缸、上输送带、传动滚筒、抬滚、下输送带、牵引机架等。夹带液压缸筒一端与牵引机架通过销轴连接，活塞杆一端与抬滚座连接，抬滚固定于抬滚座之上，平行布置在下输送带之下，传动滚筒固定在牵引机架之上，位于上、下输送带之间，由液压马达驱动旋转，在非工作状态时，传动滚筒与输送带不接触，抬滚与传动滚筒之间的距离在夹带液压缸作用下可上下移动。在驱动伸缩机身时，夹带液压缸收缩，带动下部抬滚向上运动，与传动滚筒夹紧下输送带，并使下输送带在传动滚筒上形成不小于120°的包络角。液压马达驱动传动滚筒旋转时，则摩擦牵引装置以下输送带为支点，顺输送带前移，推动伸缩机身收缩至最短，效率较高，且在伸缩机身出现机械卡死时，摩擦牵引装置会打滑，自动保护机械连杆不受破坏。

图2 摩擦牵引装置原理

由于井下巷道工况较为复杂，伸缩机身及牵引装置在移动时，易出现跑偏，因此在传动滚筒及上托辊架两侧设置有挡盘，结构如图3所示。当两个抬滚与传动滚筒夹紧下输送带驱动运行时，由于下输送带承受张力较大，具有一定的刚性，挡盘可以限制横向位移，使驱动装置沿着输送带运行防止其偏离中线。在带式输送机正常运行时，即牵引装置非工作状态时，夹带液压缸伸出，推动抬滚向下运动，使传动滚筒与下输送带脱离，抬滚最终相当于托辊，只拖住下输送带。

图3 摩擦牵引装置截面图

2 牵引装置设计计算

摩擦牵引装置的牵引力即为伸缩机构的运行阻力，受力简图如图4所示，按照极限坡度16°计算，主要承受倾斜阻力、滚动摩擦阻力、输送带与托辊的线性摩擦阻力、销轴旋转阻力。由于伸缩机身展开最大长度约45 m，在牵引装置驱动过程中输送机不受物料压力，伸缩机身自身托辊与输送带的线性摩擦阻力可忽略不计。另由于伸缩机身伸缩时，每个铰接单元为独立运行，即一个单元运动到极限位置时下一个单元才会运动，销轴旋转阻力不会叠加，该部分阻力也可忽略，主要运行阻力为

图4 负载运行阻力分析

式中：G为伸缩机身总质量；μ为伸缩机身与轨道滚动摩擦系数,取μ=0.1；α为伸缩机身极限坡度倾角，取α=16°。

摩擦牵引装置的核心计算在于输出牵引力的确定，在工作状态时，下输送带在传动滚筒之上形成了120°的围包角，牵引力的传递符合欧拉公式

式中：FU为牵引装置牵引力；T2为驱动滚筒传送带远离点张力；μ为输送带与包胶传动滚筒摩擦系数，取μ=0.35；φ为输送带在驱动滚筒之上的包络角，取φ=120°。

由于伸缩机身及牵引装置安装于带式输送机靠近尾部处，驱动滚筒输送带绕出点张力T2与尾部滚筒张力近似相等，而掘进配套带式输送机尾部滚筒张力一般都在40 000 N以上，故牵引装置牵引力至少在43 000 N以上，完全满足伸缩机身的动力需求。

若将牵引装置中的下抬滚设置为1个，在夹带液压缸的作用下，抬滚与传动滚筒直接夹紧下输送带，则牵引力为

式中：FU＇为牵引装置牵引力；FN为夹带液压缸作用力。

通过对比式（2）和式（3）计算结果可知，式（2）的牵引力明显优于式（3），在按照欧拉公式传递牵引力时，即使出现打滑，增大驱动滚筒输送带绕出点张力即可增大牵引力。而按照经典力学式（3）计算牵引力时，增大正压力转化成牵引力的效率较低，若液压缸提供的正压力过大，反而对牵引机架与滚筒受力不利。因此可见本文所研究的牵引装置，结构合理，能够传递的牵引力较大。

3 牵引装置特点

摩擦牵引装置与伸缩机身及快掘迈步式自移机尾配合使用，在煤矿巷道掘进一定范围内，不增加带式输送机机身，解决了掘进工作面运输带式输送机跟进效率满的技术难题，具有如下特点：

1）牵引装置以输送带为支点，输出牵引扭矩不受地面工况条件的限制，牵引扭矩大；

2）牵引装置以输送带为导向，沿下输送带前移，不易偏离中心线；

3）牵引装置依靠摩擦传动，出现机械卡死时自动打滑，能有效地保护伸缩机身不受损坏；

4）牵引装置在输出牵引力时，夹紧承受张力的下输送带可正反旋转，即可双向受力，能适应凹凸起伏的复杂巷道；

5）牵引装置不需要打锚固点，工作效率高，人员劳动强度低。

4 结语

带式输送机伸缩机身牵引装置，巷道适应性强、工作效率高、输出牵引力大、不易出现跑偏、人员劳动强度低，能够解决现代化矿井巷道快速掘进时配套带式输送机跟进速度不匹配的技术难题，有助于推动矿井向高产高效、智能化等方向发展。