唐樹峰

摘要：針對(duì)現(xiàn)有帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾采用刮煤板手動(dòng)清煤，操作不便，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的自動(dòng)清浮煤裝置利用刮煤板將尾滾筒上的浮煤刮下，浮煤落入清煤筒內(nèi)，通過(guò)螺旋輸送原理將浮煤清理出去。采用有限元仿真分析對(duì)關(guān)鍵零部件作強(qiáng)度校核，仿真結(jié)果表明關(guān)鍵零部件強(qiáng)度滿足使用要求。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需附加動(dòng)力，自動(dòng)清浮煤，具有較好的使用價(jià)值。

Abstract： In view of the problem that the existing belt conveyor adopts the scraping coal plate to clean coal at the end of the self-moving machine， the operation is inconvenient and the labor intensity of the workers is large， a simple structure of the automatic clearing coal device is designed， a scraper is used to scrape the floating coal on the tail drum， then into the clean coal cylinder， and the floating coal is cleaned out by the principle of spiral conveying. The finite element simulation analysis is used to check the strength of key components. The simulation results show that the strength of key components meets the requirements of use. The device has a simple structure， does not require additional power， and automatically clears the coal， so it has good use value.

關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾;自動(dòng)清浮煤;螺旋推料器;仿真分析

Key words： belt conveyor self-moving machine tail;automatic clearing coal;screw pusher;simulation analysis

中圖分類號(hào)：TD528 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）20-0175-04

0 ?引言

帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾用于高產(chǎn)高效工作面順槽轉(zhuǎn)載機(jī)與帶式輸送機(jī)機(jī)尾的快速推移和正確搭接，滿足工作面高進(jìn)度、快速推進(jìn)的需要。

目前，煤礦井下使用的輸送帶輸送機(jī)，大多輸送帶型號(hào)：ST，PVC，PVG型，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于表面覆蓋物本身摩擦阻力較大，再加上原煤開采過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)采一部分矸石、礦井水等情況，浮煤容易吸附在輸送帶表面，降低帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾滾筒與輸送帶之間的摩擦力，輸送帶容易發(fā)生打滑。輸送帶上的浮煤粘附在自移機(jī)尾滾筒，滾筒越來(lái)越大，也容易造成輸送帶跑偏，增大帶式輸送機(jī)功率消耗，影響帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

通常帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾清浮煤裝置大都采用刮煤板結(jié)構(gòu)形式，此結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單可靠，但是從尾滾筒上刮下來(lái)的浮煤需要不定時(shí)的人工清理，大大增加了人工工作量，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且清煤效果不是很好，同時(shí)也給員工的安全作業(yè)造成很大的不安全隱患，甚至?xí)?dǎo)致人身事故的發(fā)生，給煤礦安全生產(chǎn)造成巨大安全隱患。

針對(duì)此問(wèn)題設(shè)計(jì)出一種帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾自動(dòng)清浮煤裝置，不需要附加任何動(dòng)力，解決帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾清浮煤效率低，工人勞動(dòng)量大的難題。

1 ?整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾自動(dòng)清浮煤裝置主要由刮浮煤裝置、傳動(dòng)裝置、螺旋推料裝置、防護(hù)裝置等組成，見圖1所示。自動(dòng)清浮煤裝置利用刮煤板將尾滾筒上的浮煤刮下，浮煤落入螺旋筒內(nèi)，最后通過(guò)螺旋推料器將浮煤清理出去。自動(dòng)清煤器從帶式輸送機(jī)尾滾筒上借助動(dòng)力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)需自帶動(dòng)力源，就能達(dá)到浮煤清理的目的。

帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾清浮煤裝置工作時(shí)，一方面，尾滾筒隨著輸送帶轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪嚙合，帶動(dòng)從動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。從動(dòng)軸上的小皮帶輪通過(guò)V型帶，帶動(dòng)大皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由于大皮帶輪和外套筒通過(guò)鍵相連接，外套筒和螺旋推料器通過(guò)齒形缺口浮動(dòng)連接。因此尾滾筒會(huì)帶動(dòng)螺旋推料器轉(zhuǎn)動(dòng);另一方面，隨著尾滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，清煤刮板將尾滾筒上的浮煤刮下來(lái)，受重力作用，浮煤落入清煤筒內(nèi)。最后在帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，螺旋推料器也不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，左螺旋推料器把清煤刮板刮下的浮煤推向左側(cè)，從帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾左側(cè)排出。左螺旋推料器把浮煤推向右側(cè)，從帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾右側(cè)排出。

2 ?各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 刮浮煤裝置

刮浮煤裝置的主要作用是將帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，下輸送帶粘結(jié)的浮煤刮鏟下來(lái)。在帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾內(nèi)部設(shè)有帶缺口的清煤筒，清煤筒一側(cè)管壁連接一段向上向外傾斜的刮煤板，刮煤板上端對(duì)應(yīng)帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾滾筒，刮煤板的長(zhǎng)度與帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾的滾筒寬度相匹配。帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾工作時(shí)，尾滾筒隨著輸送帶轉(zhuǎn)動(dòng)，刮煤板將尾滾筒上的浮煤刮下來(lái)，受重力作用，浮煤落入清煤槽內(nèi)。

2.2 傳動(dòng)裝置

傳動(dòng)裝置的主要作用是將帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾尾滾筒上的動(dòng)力，傳遞出來(lái)，為螺旋推料裝置的旋轉(zhuǎn)推料提供動(dòng)力。如圖2、圖3所示，傳動(dòng)裝置采用兩級(jí)傳動(dòng)方式。由于帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾中心軸不轉(zhuǎn)，因此不能從中心軸直接借動(dòng)力，需要設(shè)置從動(dòng)軸引出動(dòng)力。一級(jí)傳動(dòng)采用開式齒輪傳動(dòng)，將動(dòng)力傳遞到從動(dòng)軸上，具有傳動(dòng)比精確，對(duì)安裝精度要求低，對(duì)中心距不敏感等優(yōu)點(diǎn)。二級(jí)傳動(dòng)采用皮帶傳動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、緩沖吸振等優(yōu)點(diǎn)。而且當(dāng)推料器卡死時(shí)，皮帶打滑可以保護(hù)整個(gè)傳動(dòng)裝置。通過(guò)傳動(dòng)裝置的傳遞，帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾工作時(shí)，螺旋推料器轉(zhuǎn)速越快可靠性越低。為提高整個(gè)清浮煤裝置的可靠性，螺旋推料裝置的轉(zhuǎn)速應(yīng)盡量減小，因此傳動(dòng)裝置減速比應(yīng)大于1。由于皮帶傳動(dòng)完全裸露，需要在皮帶傳動(dòng)外側(cè)安裝皮帶防護(hù)罩，防護(hù)罩開有窗口，可以觀察皮帶傳動(dòng)狀況，如圖4所示。

2.3 螺旋推料裝置

螺旋推料裝置的主要作用是通過(guò)不斷旋轉(zhuǎn)螺旋葉片，將清煤筒中的浮煤從帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾兩側(cè)推移出去。為了便于螺旋推料器井下拆裝、減小推料距離，降低推料阻力，提高推料效率，將螺旋推料器分為左右兩部分，通過(guò)銷子連接在一起，如圖5所示，左螺旋推料器螺旋葉片為左旋，向左側(cè)推料;右螺旋推料器螺旋葉片為右旋，向右側(cè)推料。而且螺旋推料器螺旋葉片螺距中間小、兩端大，推料效率高。

傳統(tǒng)的螺旋推料器卸料口，大都采用帶缺口的卸料筒卸料，如圖6所示，該結(jié)構(gòu)軸承座本身阻擋卸料口，只能通過(guò)在卸料筒開缺口，達(dá)到卸料的目的，卸料效率低，結(jié)構(gòu)尺寸較大。自動(dòng)清浮煤螺旋推料裝置采用新型的開放式卸料口，如圖7所示，采用大直徑軸承把卸料筒作為旋轉(zhuǎn)軸，卸料過(guò)程無(wú)阻卡，具有結(jié)構(gòu)緊湊，卸料效率高的優(yōu)點(diǎn)。

3 ?詳細(xì)設(shè)計(jì)

具體實(shí)施中，以輸送帶寬度為1400mm的帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾為例。清煤筒采用一個(gè)直徑為？準(zhǔn)240mm的鋼管沿半徑切成四分之三的圓筒，焊接在帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾立板上。螺旋推料器由左螺旋推料器和右螺旋推料器通過(guò)銷子連接而成的，左右螺旋推料器由一個(gè)長(zhǎng)875mm，直徑？準(zhǔn)220mm，螺距由小到大的左（右）旋葉片，為了增加強(qiáng)度，葉片中心設(shè)有一個(gè)直徑為？準(zhǔn)50mm鋼管。主動(dòng)齒輪直徑？準(zhǔn)280mm，從動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑？準(zhǔn)140mm，小皮帶輪直徑？準(zhǔn)124mm，大皮帶輪直徑？準(zhǔn)400mm，因此帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾滾筒轉(zhuǎn)速傳遞到螺旋推料器時(shí)，速比為1.61。

當(dāng)帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾滾筒隨著皮帶輸送機(jī)以90r/min轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺旋推料器的轉(zhuǎn)速為55.8r/min。由于螺旋推料器轉(zhuǎn)速低，負(fù)荷小，內(nèi)套筒上軸承采用深溝球軸承，軸承內(nèi)徑？準(zhǔn)280mm，寬度33mm。經(jīng)計(jì)算，軸承壽命足夠，滿足使用要求。自動(dòng)清浮煤裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、實(shí)用，無(wú)需另外設(shè)置動(dòng)力，大大減輕了工人手工清浮煤的勞動(dòng)強(qiáng)度，保障了帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保障了煤炭企業(yè)的正常穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)。

4 ?關(guān)鍵零部件有限元仿真分析

由于煤礦井下工作環(huán)境惡劣，帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾較長(zhǎng)時(shí)間的停機(jī)，圓形清煤筒中散落的浮煤會(huì)發(fā)生固結(jié)現(xiàn)象，螺旋推料器與清煤筒粘結(jié)在一起。帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾再次啟動(dòng)時(shí)，會(huì)對(duì)自動(dòng)清浮煤裝置造成嚴(yán)重破壞。因此有必要分析螺旋推料器在卡料工況下的強(qiáng)度，是否滿足使用要求。

本文以1400mm帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾為例，采用有限元仿真分析軟件對(duì)螺旋推料器在卡料工況下的強(qiáng)度作仿真分析。

初始條件如下：尾滾筒轉(zhuǎn)速90r/min、總傳動(dòng)比i=2.25、皮帶打滑時(shí)傳遞的最大功率0.59kW。

卡料工況邊界條件如下：螺旋推料器葉片被卡?。ü潭s束），推料器大皮帶上施加最大扭轉(zhuǎn)力矩140.86kN。

從仿真結(jié)果可知，螺旋推料器卡料工況下：最大變形0.76mm，最大應(yīng)力54.99MPa，完全滿足使用要求。當(dāng)螺旋推料器發(fā)生卡料時(shí)，不會(huì)發(fā)生螺旋推料器破壞，而此時(shí)二級(jí)皮帶傳動(dòng)已經(jīng)開始打滑，這也驗(yàn)證了皮帶傳動(dòng)能為整個(gè)清浮煤裝置提供保護(hù)的作用。

5 ?整機(jī)虛擬樣機(jī)試驗(yàn)

ADAMS是專門用于機(jī)械產(chǎn)品虛擬樣機(jī)開發(fā)方面的工具，通過(guò)虛擬試驗(yàn)和測(cè)試，在產(chǎn)品開發(fā)階段就可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，提出改進(jìn)方法。ADAMS可以研究復(fù)雜系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)關(guān)系。本文采用ADAMS虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)皮帶機(jī)自移機(jī)尾自動(dòng)清浮煤裝置作虛擬試驗(yàn)和測(cè)試，力求發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，不斷改進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。將UG建模好的三維模型，導(dǎo)入ADAMS中，添加運(yùn)動(dòng)約束及施加旋轉(zhuǎn)力矩，皮帶機(jī)自移機(jī)尾滾筒轉(zhuǎn)速90r/min。分別測(cè)試螺旋推料器軸承、從動(dòng)軸軸承所受的外力和扭矩，測(cè)試結(jié)果如圖8、圖9所示。

由上圖可見，推料器軸承最大外力527.5N，最大扭矩446.35N·m，傳動(dòng)軸承最大外力49N，最大扭矩1.72N·m，可見整機(jī)軸承受力較為平穩(wěn)，起伏不大，軸承負(fù)荷較小，壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足使用要求。

6 ?結(jié)論

①論文闡述了輸送帶浮煤對(duì)帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾正常使用的影響，現(xiàn)有刮煤板清浮煤結(jié)構(gòu)，清浮煤效率低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大的難題。

②論文采用刮煤板刮浮煤，螺旋推料器清浮煤的設(shè)計(jì)原理。完成了帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾自動(dòng)清浮煤裝置，不需要附加任何動(dòng)力，解決帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾清浮煤效率低，工人勞動(dòng)量大的難題。

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