掘进机支重轮设计

摘 要：简要介绍了煤矿井下悬臂式掘进机支重轮的结构及其工作原理，分析了普通支重轮使用过程中存在的问题，并提出了相应的解决方案。通过跟踪试验最终设计出了适合煤矿井下应用的新型支重轮，以期为日后的相关工作提供参考。

关键词：悬臂式掘进机；支重轮；履带行走机构；使用性能

中图分类号：TD421.5 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.083

支重轮作为掘进机履带行走机构中的重要组成部分，其使用性能直接影响着整机的行走性能。目前，掘进机中使用的支重轮大多沿用地面工程机械使用的普通支重轮。由于工程机械所处施工环境的地面较为平整，因此，大多使用组合式履带，采用链轨加履带板连接成整条履带，而与支重轮接触并对它有导向作用的是链轨。支重轮宽度基本与链轨宽度一致，因为链轨较窄，所以，支重轮大多也比较窄。但是，井下路面条件比较恶劣，掘进机是应用于巷道开拓迎头的。尤其是在岩巷的掘进工程中，掘进机的整条履带长期在岩石料堆内移动，使用链轨履带很容易出现单个履带板端部受力导致弯曲断裂的情况。由此可知，组合式履带板不适用于重型岩巷掘进机上。现阶段，将井下掘进机履带板设计为整体式履带板，取消了链轨，将履带板直接与支重轮接触并进行导向。与原来的组合式履带相比，整体式履带板的强度和刚度都有所提高，在设计合理的情况下，完全避免了弯曲和断裂的情况发生。

1 支重轮和整体式履带板结构

由图1可知，该结构采用履带导向块与导向轮、导向槽配合导向。当设备直线行驶时，导向轮受到的侧向力较小，其受力主要是与履带的接触应力。计算接触应力后，可以根据所需表面应力对导向轮表面进行热处理，一般使用表面淬火的方式提高导向轮的表面应力。在设备调动或转弯时，履带与地面的侧向摩擦力会转化为导向轮、导向槽与履带导向块之间的侧向力。在特殊情况下，可能局部几个导向轮就可以承受整机的牵引力反力，因此，导向轮内部侧向需注意增加滑动摩擦副，以保证导向轮的侧向应力。导向轮润滑一般采用稀油润滑，由于它位于履带最底端，基本长期处于煤泥水中，所处环境较为恶劣，所以，采用浮动油封，密封面为钢对钢的摩擦，使其能更好地适应外界较差的环境。为了及时补充润滑油，导向轮上还需增设注油孔，但是，考虑到井下注油的便利性，最好将注油孔设计为倾斜孔。

2 使用过程中存在的问题

将支重轮应用于掘进机后，原来履带的滑动摩擦变为滚动摩擦，大大降低了阻力系数，有效提高了整机牵引力，大幅提高了整机的爬坡能力和转弯能力，有效解决了整机的动力性问题。但是，因为掘进机的使用条件比较复杂，所以，普通支重轮长期应用于井下会出现与地面工程机械不一样的问题。

由于井下履带长期处于岩石物料内，支重轮与履带间有一定的间隙，因此，在前后行走时，较大块的石料都会进入钻机履带侧面的间隙，进而加剧履带与支重轮之间的磨损。使用该设备一年后发现，履带导向块磨损严重，导向块高度由正常的25 mm降到不到10 mm，导向槽的宽度也增大了，整条履带的导向性降低，履带相对履带架整体偏移，极易脱轨。鉴于此，针对井下的特殊条件，进一步改进了敞开式履带行走机构导向。

3 技术改进

鉴于敞开式履带行走机构支重轮和履带内侧易进物料，需从原理上防止物料从侧面进入履带内侧，即需在履带外侧增加导向块，去掉中间导向。这样，导向轮无需继续导向，将外圆面做成一个整体，一方面，可以降低表面接触应力，提高耐磨性；另一方面，可以大大降低侧向力，将施加于履带上的侧向力转移到履带架上。改进后的导向轮和履带如图2所示。

4 试验结果

在平煤股份十三矿检测了改进后的导向轮后发现，在全岩巷道下，使用该设备一年，总计进尺1 100 m左右，行走导向轮和履带导向自如，无偏移情况发生。由于导向轮无导向槽，导向轮基本不受侧向力，所以，导向轮在整个使用过程中基本无磨损。同时，履带与履带架处于一个面接触，接触表面应力比较低，有效减缓了履带导向块的磨损，使封闭式导向轮设计完全满足使用需求。

作者简介：杨春海（1980—），男，山西代县人，副研究员。

〔编辑：白洁〕