（北方重工集團有限公司，遼寧 沈陽 110141）

關(guān)于懸臂式掘進機裝運機構(gòu)的研究

佟 巍

（北方重工集團有限公司，遼寧 沈陽 110141）

本文從掘進機裝運機構(gòu)組成結(jié)構(gòu)及工作原理入手，通過對不同結(jié)構(gòu)形式的掘進機裝運機構(gòu)進行分析，為今后設(shè)計提供參考。

懸臂式掘進機；裝運機構(gòu)；結(jié)構(gòu)形式；生產(chǎn)能力

一、原理概述

作為綜掘機械化系統(tǒng)主力設(shè)備的懸臂式掘進機，其工作方式基本是由掘進機、橋式轉(zhuǎn)載機及梭車等各類配套設(shè)備組成，掘進機切割頭把煤巖破落下來，破落下來的巖渣經(jīng)裝運機構(gòu)，最后通過運輸梭車或橋式轉(zhuǎn)載機運出。

二、裝運機構(gòu)

懸臂式掘進機內(nèi)部的裝運機構(gòu)由裝載機構(gòu)和運輸機構(gòu)組成。

1 裝載機構(gòu)

懸臂式掘進機裝載機構(gòu)位于懸臂段的下方，其主要功能是將切割機構(gòu)分離破落下來的煤巖集中裝載到刮板運輸機構(gòu)上。

裝載機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式：按機構(gòu)結(jié)構(gòu)形式的不同可分為耙爪式鏟板和星輪式鏟板兩種。

（1）耙爪式鏟板

它由鏟板、驅(qū)動馬達或者驅(qū)動減速箱、升降油缸、對稱的左右裝煤耙爪和配套的偏心盤、主動圓盤組成兩組曲柄搖桿機構(gòu)。當兩個主動圓盤相向轉(zhuǎn)動時，驅(qū)動耙爪作平面復合運動。

耙爪式鏟板又分為單耙爪式和雙耙爪式兩種，目前，為了適應不同裝載要求提高裝載效率，一般通過調(diào)整耙爪的尺寸參數(shù)來改變耙尖的運動軌跡，或者通過增設(shè)副爪來加大裝載范圍，尤其在軟巖工作面的掘進機上增設(shè)副爪得到廣泛的應用。

兩耙爪的運動相位差為180°。當一個耙爪在耙取物料時，另一個耙爪處于回程狀態(tài)，通過左、右耙爪交替耙取煤巖來提高工作效率。耙爪式鏟板的主要優(yōu)點是：能調(diào)整耙爪運動軌跡，將煤巖準確運送到刮板運輸機構(gòu)上，生產(chǎn)效率高，結(jié)構(gòu)簡單，使用可靠、耐用。

（2）星輪式鏟板

它由鏟板、驅(qū)動馬達或者減速箱、升降油缸、左右星輪組成。

星輪式鏟板的設(shè)計要與掘進機主體機構(gòu)相匹配。設(shè)計參考如下：

①為保證掘進機的最大生產(chǎn)效率，確定裝載機構(gòu)參數(shù)必須保證切割機構(gòu)的生產(chǎn)率小于裝載機構(gòu)的生產(chǎn)率。

②為了便于整機行走移動自如，其鏟板的寬度需要大于兩個行走履帶的外寬?，F(xiàn)在常用的鏟板機構(gòu)前沿設(shè)計成切刀形狀，目的是為了減少鏟板插入阻力。

③星輪的大徑的設(shè)計要考慮到驅(qū)動裝置外形尺寸和鏟板尺寸。星輪小徑要結(jié)合驅(qū)動裝置外形尺寸考慮，在滿足強度要求的基礎(chǔ)上，星輪小徑尺寸盡量小?，F(xiàn)階段市場上星輪的輪爪結(jié)構(gòu)，主要有3爪、4爪和6爪。輪爪數(shù)量越多，裝載效率越低，目前市場上的掘進機上大多數(shù)采用3爪星輪。

2 運輸機構(gòu)

刮板運輸機是目前煤礦上主要使用的運輸機構(gòu)，其分類方式有以下幾種：

（1）以運輸機構(gòu)結(jié)構(gòu)形式的不同，可以分為中雙鏈刮板輸送機、中單鏈、邊雙鏈三種。刮板的作用是刮推溜槽內(nèi)的物料，在工作時刮底清幫、防止煤粉堵塞和粘結(jié)。

圓環(huán)鏈按強度分為B、C、D三個等級，D級最高，B級最低。

中單鏈、邊雙鏈、中雙鏈刮板輸送機刮板鏈特點如下：

①中單鏈型：機槽內(nèi)的刮板起導向作用，鏈條處在刮板中心。單鏈結(jié)構(gòu)受力均勻，當遇到刮卡阻塞，刮板可偏斜通過。缺點是預緊力大。

②邊雙鏈型：鏈條和連接環(huán)在機槽內(nèi)起導向作用，是在刮板兩端布置鏈條。邊雙鏈和中單鏈對比，承受較大拉力，較低的預緊力，兩條鏈子的受力不均勻。在大塊較多的硬煤工作面、薄煤層以及傾斜煤層使用性能較好，拉煤能力強。

③中雙鏈型：刮板在機槽內(nèi)起導向作用，兩鏈條中心距小于等于槽寬的20%。中雙鏈較邊雙鏈受力均勻，預緊力適中，適用于側(cè)卸式機頭?，F(xiàn)階段中單鏈型和中雙鏈型結(jié)構(gòu)普遍適用功率大、距離遠、運量大的工作面重型刮板輸送機。

（2）按單電動機額定功率大小，分為輕型（P≤40kW）、中型（40kW＜P≤90kW）、重型（P＞90kW）刮板輸送機。

懸臂式掘進機用刮板運輸機主要是按運輸機構(gòu)結(jié)構(gòu)形式分類，其主要功能是將鏟板機構(gòu)裝運上來的煤巖運輸?shù)綑C身尾部，供給橋式轉(zhuǎn)載機或者運輸梭車運走。

三、裝運機構(gòu)的輸送能力設(shè)計

1 裝載機構(gòu)輸送能力計算:

（1）采用耙爪機構(gòu)時按下式計算

式中：Q—技術(shù)生產(chǎn)能力，t/h；n—偏心盤轉(zhuǎn)速，r/min；B—裝載面寬度，即兩耙爪軌跡最大距離，m；d—耙爪平均長度，即耙爪耙取堆積物料的縱向長度，m；h—耙爪平均高度，m；ρ—物料堆積堆密度，t/m3；α—裝載面積系數(shù)，推薦選0.8；β—裝載系數(shù)，推薦選0.75；γ—工作時間系數(shù)，推薦選0.6。

（2）采用星輪機構(gòu)時按下式計算

式中：Q—技術(shù)生產(chǎn)能力，t/h；n—星輪工作轉(zhuǎn)速，r/min；Z—星輪爪子數(shù)量，個；S—星輪爪子面積，m2；h—星輪輪爪平均高度，m；ρ—物料堆積密度，t/ m3；α—裝載面積系數(shù)，推薦選0.8；β—裝載系數(shù)，推薦選0.75；γ—工作時間系數(shù)，推薦選0.6。

2 刮板輸送機的輸送能力計算:

式中Q—輸送機運輸能力，t/h；F—貨載在溜槽中的斷面積，m2；與溜槽的斷面積，松散煤的動堆積角α有關(guān)。煤的動堆積角一般取20°～30°。V—刮板鏈運行速度，m/s；ρ—煤的松散密度；計算時，一般取ρ=（0.85～1）t/m3；φ—裝滿系數(shù)；溜槽在水平方向運輸及向下方向運輸時，φ取0.9～1，溜槽向上5°方向運輸時φ取0.8，向上10°方向運輸時φ取0.6，向上15°方向運輸時取0.5。在總體設(shè)計時，刮板輸送機的運輸能力應大于裝載機構(gòu)的運輸能力。

[1]成大先.機械設(shè)計手冊[K].化學工業(yè)出版社，2002.

[2]黃日恒.懸臂式掘進機[M].中國礦業(yè)大學出版社，1996.

[3]張國棟.掘進機裝載機構(gòu)的設(shè)計研究[J].煤炭科學技術(shù)，2006.

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