段連杰

（陜西黃陵二號煤礦有限公司,陜西 延安727307）

0 引 言

橋式轉(zhuǎn)載機(jī)是國內(nèi)外機(jī)械作業(yè)中采煤輸送系統(tǒng)較為普遍應(yīng)用的一種中間式轉(zhuǎn)載輸送設(shè)備，橋式輸送帶轉(zhuǎn)載機(jī)也是機(jī)械化挖掘工作輸送系統(tǒng)的構(gòu)成部分，將轉(zhuǎn)載機(jī)的機(jī)頭設(shè)置在帶式輸送機(jī)尾部的跑道上與帶式輸送機(jī)直接連接，其主要功能就是當(dāng)作業(yè)面前進(jìn)或綜掘機(jī)前進(jìn)或停止時，轉(zhuǎn)載機(jī)也隨之發(fā)生一定距離的位移，能夠不必反復(fù)的縮短或延長帶式輸送機(jī)的長度，從而在一定程度簡化了流程，推進(jìn)采煤的挖掘速度，大大提高工人的現(xiàn)場生產(chǎn)率[1]。因為煤炭現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境極端復(fù)雜，道路起伏等狀況，導(dǎo)致轉(zhuǎn)載機(jī)的中心線和帶式輸送機(jī)的中心線無法正確校準(zhǔn)，導(dǎo)致帶式運(yùn)輸機(jī)尾部偏離正常軌道，降低了現(xiàn)場作業(yè)的工作效率，造成煤大量推擠在落煤處[2，3]。為了有效解決轉(zhuǎn)載機(jī)的中心線無法正確重合的問題，本文主要是對井下煤流轉(zhuǎn)載機(jī)中心線自動校準(zhǔn)裝置進(jìn)行設(shè)計，從而提高中心線的校準(zhǔn)，降低落煤情況的發(fā)生。

1 井下煤流轉(zhuǎn)載機(jī)中心線自動校準(zhǔn)裝置

1.1 設(shè)計前提

本文設(shè)計的井下煤流轉(zhuǎn)載機(jī)中心線自動校準(zhǔn)裝置所涉及到的設(shè)備主要包括EBZ390型挖掘機(jī)、DZQ90/50/31型橋式轉(zhuǎn)載機(jī)、DSP1181/670型皮帶輸送機(jī)，相關(guān)的技術(shù)參數(shù)如下[4]。EBZ390第一輸送機(jī)的主要參數(shù)包括：溜槽尺寸：610mm（寬）×640 mm（高），運(yùn)輸能力：9m/min，鏈速：1.2m/s，馬達(dá)功率：3×20kW。DZQ90/50/31型橋式轉(zhuǎn)載機(jī)（第二輸送機(jī)）的主要參數(shù)：帶寬：B=900mm，運(yùn)輸能力：500t/h，帶速：3.6m/s，功率：14kW。DSP1181/670型皮帶輸送機(jī)的主要參數(shù)：帶寬B=900mm，產(chǎn)量為130t/h，帶速為1.8m/s，功率為80kW。因為帶寬B=900mm，在橋式皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)和皮帶輸送機(jī)之間的落煤位置會有一部分的煤落在皮帶兩邊，導(dǎo)致皮帶輸送機(jī)的裝煤效率降低，煤大量推擠在落煤處，增加工作人員的任務(wù)量。在實際生產(chǎn)過程中，挖掘機(jī)用于間歇性產(chǎn)煤，且實際產(chǎn)煤量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于皮帶的輸送能力。綜上所述，可以利用在橋式皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)和皮帶輸送機(jī)之間過渡的落煤裝置解決其中心線的校準(zhǔn)問題。

1.2 傳感器的選定及其夾具的設(shè)計

在傳統(tǒng)的井下煤流轉(zhuǎn)載機(jī)中心線自動校準(zhǔn)裝置中，主要是利用專用卡具與尺子進(jìn)行測量，測量過程是一種完全式的手工操作，極易造成較大誤差、操作流程復(fù)雜、精確度和自動化水平較低等狀況[5]。針對現(xiàn)場的實際狀況，本次井下煤流轉(zhuǎn)載機(jī)中心線自動校準(zhǔn)裝置的設(shè)計中，綜合考慮了設(shè)備體積、重量、安全性、自動化、精確度等一系列要求，最終采取HY-69020R數(shù)碼直線位移傳感器，該傳感器借助一個MAX492模塊，能夠直接和DSP芯片的串口模塊有效連接[6]。且該傳感器的敏感度較高，具備耐高溫、耐高壓、耐腐蝕、耐油、耐水等特征[7]?？紤]到現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)以及體積等問題，有效測量距離設(shè)為20 mm，測量的精確度0.001 mm，滿足本文要求的井下煤流轉(zhuǎn)載機(jī)中心線自動校準(zhǔn)要求。

井下煤流轉(zhuǎn)載機(jī)中心線自動校準(zhǔn)裝置的連接結(jié)構(gòu)基本相同，不同井下煤流轉(zhuǎn)載機(jī)中心線自動校準(zhǔn)測量中能夠利用同一套傳感器夾具[8]。在實際應(yīng)用過程中，率先將帶中心線校正基準(zhǔn)的卡具測估面設(shè)置在基準(zhǔn)軸上，再把傳感器夾具安裝在被測部件軸上，兩個傳感器之間彼此穩(wěn)固在傳感器夾具內(nèi)，使兩個傳感器對準(zhǔn)測估面的水平面，促使傳感器的敏感頭壓進(jìn)一半以上深度。

1.3 輸送機(jī)概況

本文設(shè)計裝置所用輸送機(jī)屬于高速重載機(jī)械設(shè)備，采用大塊度帶式輸送機(jī)，總長達(dá)2500 m，塊度在400～600 mm之間，運(yùn)輸噸量5000 t/h，帶速5 m/s，最大傾角約10°，帶寬1500 mm，輸送帶型號PVG2300[9]。另外受機(jī)頭煤倉的施工手段、技術(shù)要求、現(xiàn)場環(huán)境等諸多方面的限制，輸送機(jī)在距離機(jī)頭200m處迅速轉(zhuǎn)載到另一條長度為700 m，帶寬為1800 mm的帶式輸送機(jī)上。因而必須增設(shè)一套中間轉(zhuǎn)載裝備。該中間轉(zhuǎn)載裝置的具體要求：首先卸料必須實現(xiàn)完全干凈，不可以出現(xiàn)將物料輸送至機(jī)頭的現(xiàn)象，發(fā)生機(jī)頭煤倉被砸、施工人員受傷等意外事故；其次，必須滿足高速重載前提下大煤塊輸送機(jī)的正常運(yùn)行；最后，必須滿足轉(zhuǎn)載安全迅速，不會發(fā)生輸送帶破損等其他事故，而且可以達(dá)到無人看守，解放勞動力的目的[10]。

1.4 專用落煤裝置結(jié)構(gòu)

專用落煤裝置結(jié)構(gòu)一共由控煤漏斗、行走設(shè)置、連接設(shè)置、防掉道設(shè)置4個部分構(gòu)成，如圖1所示。

控煤漏斗所用裝備是一個由厚度為20 mm的鋼板直接焊接成的2級收口式漏斗，長度大概有1200 mm，第1級收口的漏斗上寬1280 mm，下寬900 mm，在第1級和第2級收口的漏斗結(jié)合處的兩邊通過一共長×寬×厚=1200 mm×200 mm×30 mm的鋼板，將第2級收口的漏斗控制在上寬900 mm、下寬500 mm，從而形成一共內(nèi)部中空的控煤漏斗，借助螺栓將控煤漏斗固定在行走裝置上。

圖1 專用落煤裝置

行走設(shè)置是由一共厚度達(dá)20 mm的鋼板直接焊接為下開口長×寬×高=900 mm×280 mm×300 mm的長方體，以滿足在長方體內(nèi)可以設(shè)置2個直徑為300 mm，寬200 mm的行走輪，間距達(dá)580 mm，行走設(shè)置是控煤漏斗的主要承重柱、行走構(gòu)件，為確?？孛郝┒返钠胶舛冗_(dá)標(biāo)，行走裝置必須安裝在控煤漏斗的內(nèi)部中間位置。行走設(shè)置上的平面需利用螺栓使之與控煤漏斗有效連接，行走輪需設(shè)在帶式輸送機(jī)的尾部[11]。

為實現(xiàn)專用落煤裝置可以隨著橋式轉(zhuǎn)載機(jī)完成同步移動，利用2塊寬200 mm、厚20 mm的鋼板分別將專用落煤設(shè)置的行走裝備與橋式轉(zhuǎn)載機(jī)頭的行走設(shè)置連為一體，使其分別固定在專用落煤設(shè)備的行走裝備和橋式轉(zhuǎn)載機(jī)頭的行走裝備的行走輪上，且可以上下移動，方便當(dāng)現(xiàn)場施工環(huán)境的坡度發(fā)生變化時可以及時調(diào)整。連接鋼板長度的確定，需要按照橋式轉(zhuǎn)載機(jī)輸出端口煤流拋物曲線的一系列分析，橋式轉(zhuǎn)載機(jī)上輸送煤炭的初速度2.4 m/s，機(jī)頭架滾軸和專用落煤裝備下的落煤高度差需控制在530～800 mm（此結(jié)果是假設(shè)橋式轉(zhuǎn)載機(jī)上的堆煤高度為200mm）[12]，通過一系列的計算能夠獲取到落煤點(diǎn)距離機(jī)頭架滾軸的最近距離為500 mm，最遠(yuǎn)距離為700 mm?？紤]到落煤處在專用落煤裝備中的實際分布情況及橋式轉(zhuǎn)載機(jī)頭轉(zhuǎn)動角度的變動對落煤點(diǎn)產(chǎn)生的影響，再加上橋式轉(zhuǎn)載機(jī)的上下擺動并不受其他因素的影響，需把機(jī)頭架滾軸和專用落煤裝備的最近距離設(shè)計為400 mm，因而專用落煤裝備的行走裝備的行走輪和橋式轉(zhuǎn)載機(jī)頭的行走裝備的行走輪間距為1000 mm，連接鋼板的實際長度最后確定為1000mm。

1.5 建立發(fā)動機(jī)與傳動箱之間中心線校正數(shù)學(xué)模型

模型發(fā)動機(jī)與傳動箱之間利用聯(lián)軸器完成有效連接，兩軸的中心線位置相對偏差具體有四種，即在上、下、左、右位置上的直向位移與傾斜位移，大致如圖2所示。

圖2 兩軸線在空間的相對位置

如圖2所示，以傳動箱的中軸線即甲軸為基準(zhǔn)，Y偏差與Z偏差設(shè)為發(fā)動機(jī)終端中軸線即乙軸，同時也代表了其相對于甲軸的直向位移；α角與β角代表乙軸相對于甲軸的傾斜位移（即端面偏差）。偏差可以利用設(shè)置在軸末端的校正工具進(jìn)行精準(zhǔn)測量。兩軸中心線直向位移以直向偏差來代表，兩軸中心線傾斜位移以兩軸的端末偏差來指代，如圖3和圖4所示。

圖3 徑向偏差

圖4 乙軸傾斜時的端面偏差

上直徑距離以JS來表示，下徑直徑距離以JX來表示，H表示兩軸間的直接距離，為使兩軸線可以精準(zhǔn)重合，可讓乙軸相抵或升高H距離，換而言之可以增加或減少乙軸的調(diào)節(jié)墊厚度為H。經(jīng)過一系列的計算后，H為正值則表示需要加墊，H為負(fù)值則表示需要減墊。

如圖4所示，L為乙軸兩端之間固定支架的實際距離，M代表為乙軸中心線到測量直徑基準(zhǔn)面的實際距離，DS為上兩端面的距離，DX為下兩端面的實際距離，DD'為乙軸頭墊的實際數(shù)值，CC'為乙軸尾墊的實際數(shù)值，DC為乙軸兩端固定支架的實際距離。由上圖可知，一旦兩軸線只存在于傾斜位移的話，需滿足以下公式：

因為在實際安裝檢修過程中，兩個軸線可能會同時出現(xiàn)傾斜位移和直向位移的情況，因而，在實際校正過程中，需要將公式（1）、（2）、（3）進(jìn)行合并，從而獲取以下兩個公式：

公式（4）、（5）中的JX、JS、DS、DX、M、R、L七個數(shù)據(jù)中，JX、JS、DS、DX在實際測量過程中必須將其轉(zhuǎn)變?yōu)樾Ｕ齼x卡具測量基準(zhǔn)面的直徑界面與端面上、下界面，將測量卡具根據(jù)以上要求組裝完成后，就可以測出這四個數(shù)據(jù)。而對于井下煤流轉(zhuǎn)載機(jī)的底盤，M、R、L三個數(shù)值是不變的，代入以上公式后，能夠獲取到井下煤流轉(zhuǎn)載機(jī)中心線自動校準(zhǔn)裝置內(nèi)的發(fā)動機(jī)和傳動箱中心線的校正模型。

頭墊指的是發(fā)動機(jī)頭部距離調(diào)整墊的實際厚度；尾墊指的是發(fā)動機(jī)尾端距離調(diào)整墊的實際厚度；頭移為發(fā)動機(jī)頭部向左、右方向轉(zhuǎn)動的距離；尾移為發(fā)動機(jī)尾部向上、下方向轉(zhuǎn)動的距離。

2 實驗與效果分析

為了更加清楚、具體的看出本文提出的井下煤流轉(zhuǎn)載機(jī)中心線自動校準(zhǔn)裝置的實際應(yīng)用效果，與傳統(tǒng)自動校準(zhǔn)裝置進(jìn)行實驗對比分析。

2.1 實驗設(shè)置

為確保試驗的精準(zhǔn)性，在滿足實驗基礎(chǔ)條件不變的狀況下，把兩種轉(zhuǎn)載機(jī)中心線自動校準(zhǔn)裝置置于相同的試驗環(huán)境中，進(jìn)行校準(zhǔn)效率的有關(guān)實驗。

2.2 實驗結(jié)果分析

在實驗過程中，在相同環(huán)境下，通過兩種不同的轉(zhuǎn)載機(jī)中心線自動校準(zhǔn)裝置進(jìn)行對比，分析其校準(zhǔn)效率的變化。實驗效果對比圖5所示。

圖5 實驗結(jié)果對比圖

根據(jù)實驗結(jié)果的對比可知，本文設(shè)計的井下煤流轉(zhuǎn)載機(jī)中心線自動校準(zhǔn)裝置與傳統(tǒng)設(shè)計相比，在校準(zhǔn)正確率上占有較大優(yōu)勢，發(fā)揮穩(wěn)定，證明本文設(shè)計具有較大的實用性。

3 結(jié)束語

本文對井下煤流轉(zhuǎn)載機(jī)中心線自動校準(zhǔn)裝置進(jìn)行分析，根據(jù)作業(yè)流程和標(biāo)準(zhǔn)，對回轉(zhuǎn)載機(jī)中心線進(jìn)行調(diào)整，實現(xiàn)本文設(shè)計。實驗驗證表明，本文設(shè)計的方法具備極高的有效性。希望本文的研究能夠為井下煤流轉(zhuǎn)載機(jī)中心線自動校準(zhǔn)裝置提供一定程度的理論依據(jù)。