徐占強(qiáng)

（中煤張家口煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司；河北省高端智能礦山裝備技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 張家口 076250）

1 前言

煤炭是比較重要的能源，也是化工和冶金行業(yè)的重要原料。有燃燒、氣化、液化、焦化、流態(tài)化等用途。如何合理、有效的開采使用煤炭資源極為重要。我國目前是煤炭產(chǎn)量大國和消費大國，煤炭的高效安全生產(chǎn)是國民經(jīng)濟(jì)的重要保障，而如何高效安全的生產(chǎn)卻離不開刮板輸送機(jī)的先進(jìn)技術(shù)。

我國絕大多數(shù)煤礦井下的綜采工作面都使用采煤機(jī)開采，刮板輸送機(jī)運輸，液壓支架支撐防護(hù)推移的方式進(jìn)行采煤。刮板輸送機(jī)是非常重要的煤炭運輸設(shè)備，而且是整個煤炭運輸系統(tǒng)的起始點，其重要性無可替代。另外，輸送機(jī)還可為采煤機(jī)實現(xiàn)支撐和銷軌配合的功能，采煤機(jī)可以自行行走；而對支架來說，若無輸送機(jī)和其連接并互為支點，支架無法向前推進(jìn)工作面，同時，刮板輸送機(jī)也無法自行向前推進(jìn)。所以，刮板輸送機(jī)自動伸縮機(jī)尾將會得到廣泛的應(yīng)用。

2 自動伸縮機(jī)尾的工作原理及結(jié)構(gòu)組成

2.1 自動伸縮機(jī)尾的工作原理

刮板機(jī)是綜采工作面的主要設(shè)備之一，工作過程中，其負(fù)載大小會隨采煤機(jī)的往復(fù)運動、截煤速度、支架推移等影響而不斷變化，刮板鏈也隨之時松時緊。隨著工作面長度的增加，刮板鏈松緊變化愈加明顯：鏈條過松，鏈條不能與鏈輪順利嚙合或脫開，易堆積扭結(jié)，在封閉的底鏈道造成刮卡，導(dǎo)致非正常磨損斷裂；鏈條過緊，運行阻力增大，設(shè)備啟動困難，運行功率增大，零部件磨損加劇，使用壽命降低。

自動伸縮機(jī)尾能夠根據(jù)不同的工況對鏈條張力實現(xiàn)動態(tài)調(diào)節(jié)，使其始終處于最佳的張緊狀態(tài)。通過液壓缸的伸縮實現(xiàn)固定架和活動架的相對運動以達(dá)到鏈條張緊的目的，伸縮機(jī)尾液壓控制系統(tǒng)可手動或自動控制液壓缸的伸縮。在液壓缸上安裝有位移傳感器和壓力傳感器（壓力傳感器也可安裝于伸縮機(jī)尾液壓控制系統(tǒng)），電氣監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)有關(guān)傳感器提供的信號可根據(jù)程序?qū)σ簤焊椎纳炜s量及刮板鏈的張緊程度進(jìn)行判斷，然后對伸縮機(jī)尾控制系統(tǒng)發(fā)出指令通過電液控?fù)Q向閥電液信號轉(zhuǎn)換控制液壓缸伸縮，進(jìn)行緊鏈和松鏈操作，通過電氣監(jiān)控系統(tǒng)不間斷地對刮板鏈的工作狀況的參數(shù)進(jìn)行實時檢測并進(jìn)行判斷，及時調(diào)整油缸伸縮對刮板鏈的張緊力進(jìn)行調(diào)整，是刮板鏈的張力一直處于設(shè)定的正常工作范圍內(nèi)。

2.2 自動伸縮機(jī)尾的結(jié)構(gòu)組成

自動伸縮機(jī)尾主要部分組成包括固定架、活動架、導(dǎo)軌、液壓缸及其護(hù)罩、伸縮機(jī)尾液壓控制系統(tǒng)和電氣監(jiān)控系統(tǒng)，如圖1 所示。

圖1 自動伸縮機(jī)尾的主要組成

固定架為整體焊接結(jié)構(gòu)，用于安裝機(jī)尾底擋板、機(jī)尾鏟煤板、機(jī)尾推移部等；活動架上有可拆卸的活動壓鏈塊和固定鏈輪的壓塊；液壓缸安裝有位移傳感器和壓力傳感器可檢測液壓缸的伸縮行程和壓力；伸縮機(jī)尾液壓控制系統(tǒng)配有電液控?fù)Q向閥，用于控制液壓缸的伸縮，與電氣監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)配合使用實現(xiàn)手動和自動控制功能。

伸縮機(jī)尾可代替普通形式機(jī)尾架和過渡槽的功能使用，可配合液壓馬達(dá)緊鏈控制系統(tǒng)共同實現(xiàn)調(diào)整刮板鏈松緊的目的。其中固定架和活動架之間由液壓缸連接，通過液壓缸的伸縮活動架可沿固定架上安裝的導(dǎo)軌移動，改變輸送機(jī)工作面長度來實現(xiàn)鏈條松緊調(diào)整。

3 伸縮機(jī)尾架伸縮行程和伸縮機(jī)構(gòu)推移力的研究

當(dāng)采煤機(jī)運行于刮板輸送機(jī)機(jī)尾部，刮板鏈在額定負(fù)載下的張力如圖2 所示。鏈條的單位伸長量與其張力、單位長度、鏈條剛度E 等諸量之間的關(guān)系服從虎克定律。輸送機(jī)在額定負(fù)載下工作時，鏈條總彈性伸長量為：

圖2 刮板鏈張力圖

式中，i 為刮板鏈條數(shù)；L 為刮板輸送機(jī)長度，mm；S（x）為鏈條在x 點處的張力，N；A 為刮板鏈的橫截面積，mm2；E 為刮板鏈的彈性模量，N/mm2。

式中，S1、S2、S3、S4 分別是機(jī)頭鏈輪分離點、機(jī)尾鏈輪繞入點、機(jī)尾鏈輪分離點、機(jī)頭鏈輪繞入點處的鏈條張力值。

設(shè)上鏈運行阻力為W重，下鏈運行阻力為W輕，則有

S2=S1+W輕

S4=S3+W重

設(shè)機(jī)頭機(jī)尾傳動裝置的裝機(jī)功率比為K，運行中按相同的比率出力時：

伸縮機(jī)構(gòu)的行程最小應(yīng)滿足刮板輸送機(jī)從空載到額定負(fù)載所引起的鏈條伸長量，按上述計算方法，分別計算出空載和額定負(fù)載時鏈條的伸長量ΔL0 和ΔL，則伸縮機(jī)構(gòu)的最小行程：

刮板輸送機(jī)在運行過程中，伸縮機(jī)構(gòu)的驅(qū)動力必須克服鏈條張力和機(jī)尾的磨擦阻力才能使裝置正常工作，而輸送機(jī)在額定負(fù)載下運行時鏈條的張力最大，所以伸縮機(jī)構(gòu)的驅(qū)動力不應(yīng)小于

式中：S2、S3 為額定負(fù)載下機(jī)尾處上下鏈條的張力；F阻為機(jī)尾移動磨擦阻力，可近似折算到鏈條張力上

T = 1.2（S2 +S3）

計算示例：裝機(jī)總功率2×2000kW（K=1，頭1 尾1），刮板鏈鏈速1.68m/s，鋪設(shè)長度320m，運量4000t/h，并將有關(guān)刮板鏈及溜槽的參數(shù)代入我公司專用計算軟件按滿負(fù)載計算，得到：

額定負(fù)載運行時：上鏈阻力W重=1134kN，下鏈阻力W輕=340kN

4 機(jī)尾架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改進(jìn)研究

4.1 活動壓鏈塊的改進(jìn)研究

伸縮機(jī)尾架為中板起坡段，上翼板隨中板高度變化，彎曲處較平段磨損嚴(yán)重，所以采用可更換的活動壓鏈塊結(jié)構(gòu)，磨損嚴(yán)重時更換壓鏈塊即可。早期活動壓鏈塊長度較短，與活動架上焊接的上翼板配合使用，活動架前端的上翼板由于長度較短使得其與側(cè)板焊接長度短，使用一段時間后由于磨損震動等原因焊縫處有裂縫導(dǎo)致上翼板脫落的事情時有發(fā)生，受井下條件限制焊接維修不方便。如圖3 所示。

圖3 前端上翼板焊接結(jié)構(gòu)

為解決伸縮機(jī)尾架上翼板脫落的問題，改進(jìn)活動架結(jié)構(gòu)和活動壓鏈塊結(jié)構(gòu)，把活動架前端的上翼板和活動壓鏈塊做成一個整體，不使用焊接結(jié)構(gòu)改為螺栓連接，活動壓鏈塊不易脫落而且磨損嚴(yán)重后方便更換。如圖4所示。

圖4 整體活動壓鏈塊結(jié)構(gòu)

4.2 伸縮機(jī)尾油缸護(hù)罩的結(jié)構(gòu)改進(jìn)研究

油缸護(hù)罩安裝在機(jī)尾架上用于保護(hù)液壓缸防止被落煤砸壞，活動護(hù)罩隨活動架一起移動。

傳統(tǒng)的油缸護(hù)罩安裝后立板貼在固定架底板外側(cè)，由于機(jī)尾架煤壁側(cè)堆煤較多，導(dǎo)致油缸護(hù)罩隨機(jī)尾架伸縮時有小塊煤容易塞入護(hù)罩內(nèi)，長期堆積后護(hù)罩難以收回且會擠壓油缸護(hù)罩立板，嚴(yán)重時會使油缸護(hù)罩脫落，從而油缸暴露在外容易產(chǎn)生損壞。如圖5 所示。

圖5 傳統(tǒng)油缸護(hù)罩

為解決油缸護(hù)罩脫落問題，改進(jìn)油缸護(hù)罩結(jié)構(gòu)以及護(hù)罩和機(jī)尾架的搭接方式。把油缸護(hù)罩立板向機(jī)尾架里側(cè)收縮，并在固定架底板上開槽使得油缸護(hù)罩立板在槽內(nèi)滑動，相當(dāng)于給予護(hù)罩立板一個約束力使得立板不易變形從而減少小塊煤進(jìn)入護(hù)罩內(nèi)，增加油缸護(hù)罩和機(jī)尾架的連接螺栓使油缸護(hù)罩更加牢固不易脫落。如圖6 所示。

圖6 改進(jìn)后油缸護(hù)罩

5 結(jié)語

本文通過對自動伸縮機(jī)尾進(jìn)行研究。首先，對伸縮機(jī)尾架伸縮行程和伸縮機(jī)構(gòu)推移力計算進(jìn)行研究，然后針對自動伸縮機(jī)尾目前主要存在的問題進(jìn)行研究并提出改進(jìn)方法，對自動伸縮機(jī)尾在后續(xù)的應(yīng)用起著重要作用。第一，對活動壓鏈塊進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)，較于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，新結(jié)構(gòu)在前期加工和后期維護(hù)更加便捷；第二，對油缸護(hù)罩進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)，相較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，新結(jié)構(gòu)極大地減少了小塊煤進(jìn)入護(hù)罩，保護(hù)了油缸。