杜佳霖， 彭軍， 冬梅

(1. 中國(guó)煤炭科工集團(tuán) 太原研究院有限公司, 山西 太原 030006；2. 中國(guó)煤炭科工集團(tuán) 上海有限公司， 上海 200030； 3. 上海東海職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 上海 200241)

0 引言

掘進(jìn)機(jī)主要在煤礦井下工作，由于其具有功能多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零部件較多、整機(jī)布置極其緊湊等特點(diǎn)，在機(jī)器內(nèi)部預(yù)留的過(guò)人運(yùn)輸通道往往都極其狹小，根據(jù)掘進(jìn)工藝，經(jīng)常需要在掘進(jìn)機(jī)內(nèi)運(yùn)輸物料，比如錨桿、鉆桿等損耗器件，掘進(jìn)機(jī)還需要檢修、維護(hù)、拆卸、安裝、運(yùn)輸?shù)?。為適應(yīng)掘進(jìn)機(jī)內(nèi)部狹小空間的物料搬運(yùn)運(yùn)輸，需要設(shè)計(jì)特殊的物料運(yùn)輸機(jī)構(gòu)來(lái)解決狹小空間不規(guī)則形狀的物料運(yùn)輸問(wèn)題。在實(shí)際工程使用中，圓形斷面與實(shí)際使用要求不太符合，而現(xiàn)有實(shí)際使用巷道大多以矩形巷道為主[1]。隨著近年來(lái)隧道掘進(jìn)的快速發(fā)展，全斷面矩形掘進(jìn)機(jī)、矩形頂管機(jī)、矩形盾構(gòu)機(jī)等矩形掘進(jìn)機(jī)應(yīng)用也越來(lái)越多，故探索設(shè)計(jì)類似狹小空間不規(guī)則導(dǎo)軌的物料搬運(yùn)機(jī)構(gòu)具有非常重要的意義，也可廣泛使用于隧道掘進(jìn)領(lǐng)域[2]。

1 新型物料轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)構(gòu)成與工作原理

矩形掘進(jìn)機(jī)是一種新型應(yīng)用于煤礦巷道掘進(jìn)的一次全斷面截割矩形掘進(jìn)機(jī)，它集截割、裝載、運(yùn)輸、支護(hù)、噴霧降塵等多種功能于一體，其功能多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、空間緊張。根據(jù)矩形掘進(jìn)機(jī)內(nèi)部特殊空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新型物料搬運(yùn)運(yùn)輸系統(tǒng),其主要由異形導(dǎo)軌、導(dǎo)軌固定件、特殊設(shè)計(jì)運(yùn)輸小車、吊環(huán)、需要運(yùn)輸?shù)奈锪系冉M成。其異形導(dǎo)軌是根據(jù)掘進(jìn)機(jī)內(nèi)部空間限制特殊設(shè)計(jì)，以滿足掘進(jìn)機(jī)內(nèi)部運(yùn)輸通道的限制，導(dǎo)軌固定于掘進(jìn)機(jī)頂部，通過(guò)靈活配焊的固定件臨時(shí)安裝固定，簡(jiǎn)單可靠，安裝時(shí)將異形導(dǎo)軌通過(guò)高強(qiáng)度螺栓連接在導(dǎo)軌固定塊上，整體放置于機(jī)器頂部后焊接固定；整個(gè)導(dǎo)軌根據(jù)運(yùn)輸長(zhǎng)度的需要布置幾個(gè)運(yùn)輸小車，當(dāng)需要運(yùn)輸?shù)奈锪媳容^重或者運(yùn)輸尺寸比較大時(shí)，可以用2個(gè)或3個(gè)運(yùn)輸小車同時(shí)配合進(jìn)行運(yùn)輸，這樣靈活可靠，并在運(yùn)輸小車內(nèi)專門設(shè)計(jì)軸承，因其摩擦力小，故運(yùn)輸動(dòng)力可通過(guò)人員在通道內(nèi)拉動(dòng)物料進(jìn)行運(yùn)輸，即盡量采用減少摩擦力的辦法通過(guò)人力側(cè)斜拖動(dòng)運(yùn)輸小車實(shí)現(xiàn)物料的轉(zhuǎn)載運(yùn)輸。整個(gè)運(yùn)輸搬運(yùn)系統(tǒng)構(gòu)成及布置如圖1所示。

2 新型物料轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖1為近似U型結(jié)構(gòu)的物料搬運(yùn)運(yùn)輸系統(tǒng)，在中間過(guò)渡段設(shè)計(jì)6個(gè)轉(zhuǎn)彎的形狀，避開(kāi)了掘進(jìn)機(jī)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)部件，可合理適應(yīng)內(nèi)部通道空間。根據(jù)實(shí)際尺寸設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)彎半徑，其分別為900 mm、950 mm、1 000 mm， 同時(shí)為保證運(yùn)輸小車能順利通過(guò)這個(gè)弧度，其運(yùn)輸小車軸承及輪子前后設(shè)置2組，運(yùn)輸小車與中間折彎的工字鋼之間間隙只有5 mm，為了避免小車在轉(zhuǎn)彎時(shí)發(fā)生干涉，通過(guò)作圖設(shè)計(jì)在轉(zhuǎn)彎時(shí)的運(yùn)輸小車最小轉(zhuǎn)彎半徑為850 mm。由于按掘進(jìn)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的6個(gè)轉(zhuǎn)彎半徑均大于最小轉(zhuǎn)彎半徑，故避免了運(yùn)輸小車在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中干涉情況的發(fā)生。圖2為限位及固定圖。

圖1 新型物料搬運(yùn)運(yùn)輸系統(tǒng)

2.2 運(yùn)輸小車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

運(yùn)輸小車的具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。整個(gè)運(yùn)輸小車由起吊塊、2個(gè)輪子固定塊、4個(gè)輪子固定軸、4個(gè)輪子、8個(gè)深溝球軸承、4組圓螺母止動(dòng)墊圈及1個(gè)M36吊環(huán)組成。每2個(gè)輪子形成1組，其形狀與10號(hào)工字鋼的結(jié)構(gòu)形狀一致，保證輪子在工字鋼上部順利滾動(dòng)且無(wú)干涉。這4個(gè)輪子由于經(jīng)常需要滾動(dòng)，故制作過(guò)程中采用耐磨處理，通過(guò)45鋼整體調(diào)質(zhì)后再在滾動(dòng)面局部低頻淬火工藝加工[3]。每一個(gè)輪子通過(guò)2個(gè)滾動(dòng)軸承固定于輪子固定軸上，通過(guò)圓螺母及軸肩拉緊固定。輪組固定于輪子固定板上，起吊塊靠在輪子固定板上，這樣就將下部需要運(yùn)輸?shù)奈锪腺|(zhì)量傳遞于4個(gè)輪子上，4個(gè)輪子在工字鋼導(dǎo)軌上滾動(dòng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸。采用M36的吊環(huán)連接于起吊塊上，再將需要運(yùn)輸?shù)奈锪贤ㄟ^(guò)鋼絲繩固定于吊環(huán)上。起吊塊下部布置3個(gè)M36螺紋，可以根據(jù)物料的尺寸及質(zhì)量調(diào)整M36起吊螺釘?shù)奈恢?，也可以根?jù)實(shí)際使用情況安裝布置2個(gè)。安裝時(shí)在螺紋內(nèi)部涂抹防松螺紋膠，以保證螺紋不松動(dòng)，確保運(yùn)輸?shù)踹\(yùn)安全可靠。

圖2 新型物料搬運(yùn)運(yùn)輸系統(tǒng)限位及固定

該物料搬運(yùn)系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用于全斷面矩形快速掘進(jìn)機(jī)內(nèi)部搬運(yùn)錨桿、鉆桿、潤(rùn)滑油、齒輪油等易損耗件，以及其他需要檢修更換的零部件。在運(yùn)輸過(guò)程中可以根據(jù)實(shí)際需要安裝合適數(shù)量的運(yùn)輸小車，根據(jù)物料的尺寸及質(zhì)量適當(dāng)選用幾個(gè)運(yùn)輸小車同時(shí)進(jìn)行吊裝運(yùn)輸。根據(jù)需要運(yùn)輸?shù)奈锛笠约罢麢C(jī)空間限制設(shè)計(jì)的運(yùn)輸搬運(yùn)，其最大質(zhì)量為1 t。在地下矩形隧道掘進(jìn)機(jī)內(nèi)如果遇到需要利用類似物料搬運(yùn)系統(tǒng)時(shí)，可以根據(jù)相應(yīng)掘進(jìn)機(jī)內(nèi)部空間情況以及需要搬運(yùn)的物料質(zhì)量、滿足相應(yīng)使用要求的物料搬運(yùn)系統(tǒng)的尺寸設(shè)計(jì)從而滿足實(shí)際使用要求。

圖3 新型運(yùn)輸小車結(jié)構(gòu)

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)地下隧道掘進(jìn)機(jī)實(shí)際空間尺寸設(shè)計(jì)的物料搬運(yùn)系統(tǒng)，它不僅能夠減少人員直接搬運(yùn)物料及零部件的難度，而且減少操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)解決了以往在狹小空間內(nèi)人力無(wú)法進(jìn)行直接搬運(yùn)大物件等運(yùn)輸搬運(yùn)的棘手問(wèn)題，避免了在人力搬運(yùn)過(guò)程中碰撞損壞掘進(jìn)機(jī)內(nèi)部零部件的問(wèn)題。

地下隧道掘進(jìn)屬于封閉施工,掘進(jìn)機(jī)內(nèi)部空間緊湊，給更換檢修零部件及運(yùn)輸物料、零部件帶來(lái)困難[5]。通過(guò)該物料轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可將其推廣應(yīng)用于其他地下矩形隧道掘進(jìn)機(jī)的物料運(yùn)輸領(lǐng)域，以解決實(shí)際工程使用中遇到的運(yùn)輸難題。