劉志明 黃圣玲

摘 要：本文介紹了全斷面掘進(jìn)機(jī)使用的下滾筒裝置的工作原理，分析了下滾筒裝置的主要參數(shù)及對其破煤能力、輸送物料能力等的影響；闡明了下滾筒裝置各主要參數(shù)的選擇和確定的原則及理論依據(jù)；描述了下滾筒裝置的螺旋葉片的結(jié)構(gòu)、調(diào)整方式；敘述了物料輸送的整個流程；總結(jié)了下滾筒裝置的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)；展望了未來發(fā)展的趨勢及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方向。

關(guān)鍵詞：下滾筒裝置；工作原理；參數(shù)選擇；發(fā)展趨勢

中圖分類號：TD42 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

下滾筒裝置是全斷面掘進(jìn)機(jī)主要的部件之一，其性能直接影響著整機(jī)的生產(chǎn)能力。由于全斷面掘進(jìn)機(jī)的裝機(jī)功率很高，生產(chǎn)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了以往的部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)和連采機(jī)，這就對掘進(jìn)機(jī)的裝運(yùn)機(jī)構(gòu)的工作能力也提出了新的要求。全斷面掘進(jìn)機(jī)的下滾筒裝置的滾筒采用中心對稱的雙螺旋葉片結(jié)構(gòu)，利用螺旋葉片將截齒截割下來的物料由兩側(cè)輸送到中間第一運(yùn)輸機(jī)的入口處，利用滾筒轉(zhuǎn)動的離心力將物料拋向第一運(yùn)輸機(jī)，通過第一運(yùn)輸機(jī)將物料輸送給整機(jī)后面的皮帶機(jī)。邊滾筒具有伸縮功能，方便調(diào)車。這種結(jié)構(gòu)具有運(yùn)量大，速度快、清底好等優(yōu)點(diǎn)。

1 主要參數(shù)的確定

1.1 下滾筒裝置的轉(zhuǎn)速

下滾筒裝置的轉(zhuǎn)速與輸送量成正比關(guān)系。隨著轉(zhuǎn)速越快，下滾筒裝置的生產(chǎn)能力越高，轉(zhuǎn)速小則導(dǎo)致下滾筒裝置的輸送量下降。轉(zhuǎn)速過高也不滿足要求，因?yàn)楫?dāng)轉(zhuǎn)速超過極限值后，煤塊在離心力作用下向外運(yùn)動，導(dǎo)致無法輸送煤塊。所以，我們對轉(zhuǎn)速N進(jìn)行了限定。

通過經(jīng)驗(yàn)公式，下滾筒的臨界轉(zhuǎn)速為：

式中：A—煤塊的綜合特性系數(shù)，取50；D—螺旋葉片外徑1.2m。

因此，下滾筒裝置的轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)煤塊的輸送量大小、下滾筒直徑和煤塊的特性而定，則：

設(shè)定此次下滾筒裝置的轉(zhuǎn)速為46r/min。

1.2 下滾筒葉片直徑

下滾筒葉片的直徑是下滾筒裝置的重要參數(shù)之一，對下滾筒裝置的生產(chǎn)量和整個結(jié)構(gòu)尺寸有很大影響。根據(jù)下滾筒裝置的生產(chǎn)能力、輸送物料特性和布置形式確定下滾筒裝置的葉片直徑。設(shè)定此次下滾筒裝置的葉片直徑為d=1.075m，齒尖直徑為D=1.2m。

1.3 螺距

下滾筒葉片的螺距同時決定著螺旋的升角大小和物料運(yùn)行的滑移面的大小，它直接影響著煤塊輸送的多少。輸送量Q和直徑D確定后，螺距大小的改變，物料運(yùn)動的滑移面則對應(yīng)改變，導(dǎo)致煤塊運(yùn)動速度分布也變化。

一般S=K1×D

式中，S—螺距與直徑的比例系數(shù)，一般水平布置取0.8～1.0。取系數(shù)數(shù)值為1，則取此次下滾筒裝置的螺距為1.2m。

1.4 螺旋軸直徑

下滾筒螺旋軸直徑大小的選擇主要從以下方面考慮。首先它與螺距有密切關(guān)系，他們決定螺旋葉片的升角，還決定煤塊的滑移方向和速度的狀態(tài)分布，所以確定最合理的軸徑與螺距的關(guān)系時，應(yīng)考慮螺旋面與物料的摩擦關(guān)系。

首先要物料在料槽中保持軸向的移動，要滿足以下條件：軸向速度要大于0，如果下滾筒葉片直徑較小，則還應(yīng)滿足的第二個條件是：軸向速度要大于圓周速度。在滿足要求的情況下，做到結(jié)構(gòu)緊湊。因?yàn)橄聺L筒裝置的填充系數(shù)較低，所以要保證葉片外側(cè)的物料要有比較大的軸向速度，這個軸向速度要大于速度。

軸徑的經(jīng)驗(yàn)公式：d1=（0.2～0.5）D

根據(jù)滾筒減速機(jī)及其傳動結(jié)構(gòu)尺寸，此次下滾筒裝置的螺旋軸直徑取值為：d1=0.47×D=0.47×1.2=0.56m。

1.5 填充系數(shù)

填充系數(shù)對煤塊的輸送量大小和電機(jī)功率的消耗有很大影響。填充系數(shù)越小，物料堆積高度越低，物料靠近螺旋的外側(cè)，物料在輸送方向上的運(yùn)動占主導(dǎo)地位，能量消耗則低；填充系數(shù)越高，煤塊運(yùn)動形成的滑移面越陡，圓周方向的運(yùn)動大于輸送方向的運(yùn)動，就會導(dǎo)致輸送速度的降低，所以，填充系數(shù)一般小于0.5此次計算，經(jīng)過查閱JB/T 7679標(biāo)準(zhǔn)，取φ=0.33。

1.6 傾斜角度

下滾筒裝置的傾斜角度對于下滾筒裝置有影響，體現(xiàn)在輸送過程的生產(chǎn)率大小和功率消耗多少兩個方面。下滾筒裝置的輸送能力大小是隨著傾斜角度而改變，角度變大，則輸送能力迅速降低，因?yàn)閮A斜角度的增大，填充系數(shù)就會越小，進(jìn)而導(dǎo)致輸送能力的降低。此次下鏟板的滾筒為水平布置，則系數(shù)選為1。

1.7 下滾筒裝置的轉(zhuǎn)向

由于第一運(yùn)輸機(jī)在機(jī)身的中間，所以滾筒采用中心對稱，螺旋葉片向中心運(yùn)輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)布局。

2 功率分析與計算

2.1 功率分析

新滾筒功率的消耗主要考慮以下幾個方面：第一，物料運(yùn)行需要的功率；第二，設(shè)備空載運(yùn)轉(zhuǎn)所需功率；第三，傾斜狀態(tài)引起的附加功率，共3個部分。

2.2 功率計算

2.2.1 下滾筒驅(qū)動功率

根據(jù)英國的埃文斯公式，單個截齒受力為：

F=16×4×4×8.7×8.7/0.79/40=614N

得，T=F×D/2=614N×1.2m÷2=368.4N·m

T總=T×N=368.4×70=25788N·m

由P=T×ω÷9550=25788×46÷9550

得P=125kW

2.2.2 下滾筒螺旋輸送功率

（1）煤機(jī)開采量：

將已知參數(shù)值代入式（1），得：

Q=60×V×ρ1×A （1）

Q min=867.9÷2=433.95t/h

（2）滾筒的質(zhì)量輸送量Im：

將已知參數(shù)值代入式（2），得

Im=47×ρ×φ×（D?-d?）×S×N （2）

Im=555.11t/h≥Q=433.95t/h

下滾筒螺旋輸送能力滿足設(shè)計要求

（3）下滾筒裝置的輸送功率P：

Ph=Im×L×λ/367=761.8×3×5.4/367=33.6kW

Pn=D×L/367=1.075×3/20=0.17kW

則螺旋輸送的功率P =33.6+0.17+0=33.77kW

則P總=125+33.77×2=192.54kW

減速機(jī)效率η取0.9

電機(jī)效率η取0.9

儲備系數(shù)用k表示，取值為k=1.2～1.4。

P=1.3×192.54kW÷0.9=278kW

結(jié)語

全斷面快速掘進(jìn)機(jī)的下滾筒裝置同時具有截割和運(yùn)輸煤塊的作用，所以在設(shè)計時需要同時考慮它的截割機(jī)理和運(yùn)輸原理及其相應(yīng)的結(jié)構(gòu)方式，根據(jù)整機(jī)的進(jìn)尺量和開采量來確定對應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。此種下滾筒裝置在巷道一次成形的條件下，依然具有清底效果好，運(yùn)量大，速度快的優(yōu)點(diǎn)。未來發(fā)展方向和趨勢必然是采用更小直徑的截割滾筒，其具有較低的截割振動，更強(qiáng)的過斷層能力，更長的使用壽命和更低的能耗比。

參考文獻(xiàn)

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