综采工作面运输机机头架改进设计与应用

沈 浩

（铁法煤业（集团）有限责任公司大隆矿，辽宁 铁岭 112700）

1 问题提出

铁法煤业（集团）有限责任公司大隆矿地质条件复杂，整体为东高西低，采用伪斜式布置采煤法，因东二采区煤层倾角为2°～12°，回采过程中运输机受重力原因向运顺方向位移，造成运输机卸货口长度经常出现不足0.8 m 的情况，致使运煤系统不畅通。

2 运输机机头架改进设计方案

2.1 运输机机头设计总图

运输机适用于煤矿井下缓倾斜、中厚、薄煤层回采工作面，刮板输送机是一种利用挠性牵引机构运行的连续运输机械，可以实现采煤工作面运、装、卸煤的机械化，能清理工作面浮煤。刮板输送机是采煤机的运行轨道，刮板输送机由电动机传递给链轮轴组，以现回采的综采工作面为左工作面为例对运输机机头架、压块进行改进，保证链轮轴组运行安全稳定，满足使用要求。运输机机头架总图如图1。

图1 运输机机头架总图

2.2 运输机机头架改进设计

运输机机头架是连接、支承和装配机头传动装置 (电动机、液力联轴器、减速器)、链轮轴组、压块以及其他附属装置的构件，是由厚钢板焊接而成的，具有较高的强度和刚度。对机头架的基本结构要求是两侧结构必须相同，便于左右工作面交替使用和双侧驱动。运输机机头架与运输机过渡槽、中部槽连接形成完整运输机机构。

原运输机机头架全长2780 mm，宽度1450 mm，高度1200 mm。对机头架进行改进设计，首先是对机头架的支撑链轮轴组的部分进行改进。链轮轴组安装在机头架内，链轮轴组左右是通过定位卡块来固定的，链轮轴组前后是通过两侧压块来固定的，保证链轮轴组在工作的过程中不移动。使用前必须对运输机的链条进行紧链操作，紧链后运输机链轮轴组和链条紧密啮合，如图2 所示，受链条的拉力，无论运输机正向运行还是反向运行，链轮轴组前后固定位置都不会发生改变。固定链轮轴组前后位移的卡块在不更换链条和链轮轴组的情况下对链轮轴组的固定只是起到一个保护作用，可以对机头架支撑链轮轴组的部分进行改进设计。

图2 链轮组件与链条受力图

运输机机头架采用Q235A 碳素结构钢板材加工制造，Q235A 抗拉强度370 ～500 MPa，屈服强度235 MPa，伸长率26%，热处理采用热轧方式。

首先通过火焰切割的方法将运输机机头架两侧支撑链轮轴组处切割掉200 mm 长度，切割后对切割面进行打磨，打磨后保证机头架两个切割面平行度为0.1 mm，表面粗糙度达到6.3；其次在距机头架两个切割平面30 mm 的位置使用钻床加工8 个Ф40 mm 圆孔，孔距为100 mm，用来安装螺纹卡块；继续使用钻床在机头架与卡块固定孔下上各100 mm 位置、间距50 mm 处钻16 个Ф23 mm 圆孔；最后将16 个Ф23 mm 圆孔攻丝成M24 螺纹孔。改进设计后的运输机机头架总体尺寸为全长2570 mm、宽度1450 mm、高度1200 mm，比改进设计前全长缩短210 mm。运输机机头架改进加工工序：切割-打磨-钻孔-攻丝，各角和边进行圆角加工。如图3 所示为加工前与加工后的变化。

图3 加工改进前与加工改进后对比图（mm）

2.3 运输机机头架压块改进设计

压块的主要作用就是按运输机运煤方向，将链轮轴组装入机头架端头的缺口内时，通过压块和螺栓来固定链轮轴组，防止链轮轴组位移的零件。

运输机机头架压块是左右对称结构，可适应于左、右工作面互换要求。压块由压块本体、压块固定孔、压块导向块三部分组成。压块固定孔主要是通过螺栓将运输机压块与运输机机头架固定；压块导向块与运输机机头架导向面相配合，主要起到固定和安全定位的作用，如图4 所示。

图4 运输机压块加工改进后与加工改进前对比图

运输机压块加工改进后全长为250 mm，宽度为100 mm，高度为785 mm，比改进设计前全长缩短50 mm。压块采用Q235A 碳素结构钢板材加工制造而成，Q235A 抗拉强度370～500 MPa，屈服强度235 MPa，伸长率26%，热处理采用热轧方式。加工工序：下料-粗铣-精铣-精镗-钻孔-打磨。

运输机压块的下料选用长度270 mm、宽度800 mm、100 mm 厚的钢板。首先进行粗铣加工，将钢板按照安装工艺要求进行切割，完成轮廓尺寸，表面粗糙度达到12.5；再次进行精铣、精镗、钻孔工艺加工。精铣主要以公差配合H9/e9 为基准，加工与机头架配合安装的压块导向块，保证与机头架能间隙配合安装，表面粗糙度达到6.3，压块两侧的斜面倾斜角度为45°，平面尺寸为100 mm×70 mm，其他基础面按照尺寸要求进行加工。精镗主要是以同轴度为0.03 mm 为基准，加工固定链轮轴组半圆面直径为336 mm，表面粗糙度达到6.3。钻孔主要加工压块固定孔，按间排距为50 mm×100 mm 进行确定位置，通孔径为8×Φ24 mm。精加工完毕后各角和边进行圆角打磨加工。

2.4 运输机机头架连接件设计与选用

运输机机头架螺栓卡块主要作用是通过内六角螺栓、弹簧垫圈、卡块的配合连接，将运输机压块与链轮轴组紧固到位。

螺栓卡块同样采用Q235A 碳素结构钢板材加工制造而成，Q235A 抗拉强度370～500 MPa，屈服强度235 MPa，伸长率26%，运输机卡块加工设计后为Ф38 mm、高度96 mm 的圆柱体。首先进行粗车加工并进行倒圆角，表面粗糙度达到12.5；然后进行钻孔加工，孔径为2×Ф23 mm，深度40 mm横向贯穿整个卡块；最后攻丝成M24 螺纹孔，选用M24×130 mm 国标粗牙60°内六角头高强螺栓和24 标准弹簧垫圈（GB/T93-1987）将运输机压块与运输机机头架固定。

2.5 运输机机头三维模拟装配

通过三维设计软件对运输机机头架进行模拟装配，并进行运输机机头架尺寸干涉检查。如图5 所示为运输机机头架装配爆炸图。

图5 运输机机头装配爆炸图

3 运输机机头架设计后应用效果分析

运输机在传统综采工作面的安全生产中一直处于很重要地位，能够安全有效实现运煤和移架，为安全回采做出重大贡献。新设计的运输机机头架比设计前的运输机机头架总体长度减少260 mm，同时也说明运输机卸货口的长度增加260 mm，为运煤和调整运输机与工作面的相对位置提供了宝贵的空间，减少了因运煤系统不畅通的事故影响。为了验证运输机机头架设计后的应用效果，进行了井下现场安装使用试验，正常回采400 m 的使用效果如下：

（1）运输机机头架能够满足连接、支承和装配机头传动装置及其他附属构件的要求。

（2）运输机机头架使用结果良好，链轮轴组支撑处和圆孔均没有出现变形、开裂等现象。

（3）链轮轴组齿面磨损在正常范围内，运输机机头架满足使用要求。

（4）运输机机头架压块本体与链轮轴组配合严密，压块导向块与运输机机头架导向面相配合完好，压块固定孔没有变形和断裂现象发生。

（5）运输机机头架螺栓卡块没有失效和损坏现象发生。

（6）选用的M24×130 mm 国标粗牙60°内六角头高强螺栓和24 标准弹簧垫圈满足使用要求，没有因振动出现脱落和丢失现象。

4 结语

（1）通过使用3D 软件对运输机机头架和附属零件进行改进设计，改进后运输机机头架结构稳定，强度满足要求，安装和检修操作简单，降低了设备损坏的频率，减少人员的劳动强度。

（2）运输机机头架改进设计后，运输机与转载机的卸货空间得到了有效保障，避免了因卸货空间不足中断生产，同时也免去人员在处理运煤系统不畅通带来的事故隐患，是综采工作面安全生产的重要基础。改进后井下应用效果良好，达到预期使用要求。本文的运输机机头架改进设计在运输设计中具有参考价值。