EBZ160Z掘进机装运机构的设计

刘 志明 王 晋（北方重工集团有限公司，辽宁 沈阳 110141）



EBZ160Z掘进机装运机构的设计

刘 志明 王 晋
（北方重工集团有限公司，辽宁 沈阳 110141）

摘 要：装运机构的主要作用是将切割下来的物料装载并转运的机构，其性能的好坏直接影响着设备生产的能力和工作效率。自从掘进机切割功率达到160kW以上之后，更快的切割效率对掘进机装运机构的工作能力也提出了新的要求。EBZ160Z的装运机构分为铲板部和第一运输机两部分。铲板部采用镜面双向大倾角，液压马达直接驱动三齿星轮。第一运输机为平直机构，与铲板构成共同滑移，且采用边双链结构、液压马达驱动和油缸张紧加卡板的形式。

关键词：掘进机；装运机构；铲板；第一运输机；驱动形式

1 概述

（1）目前比较常见的铲板部的装料形式分为蟹爪式（如图1所示）和星轮式（如图2所示），蟹爪式是利用一对交替动作的耙爪来不断地向转载机方向耙取物料使其装入转载机并运走。由于它的结构相对简单、工作可靠性高、外形尺寸相对较小，所以在轻机型上应用普遍，但是这种装载机构在宽度上受到了限制；星轮式机构比蟹爪式具有更高的强度、工作连续性好等特点，但装大块物料的能力相对较差，遇到大块物料需要合理处理后方能装载。由于EBZ160Z为重型部分断面掘进机，机型机构较大，铲板宽度为2400mm，所以铲板部采用星轮结构。驱动方式普遍采用电机和减速机的组合方式，或者是液压马达直接驱动星轮的方式，考虑到井下工矿潮湿、有泥水，选用后者是最佳选择。

（2）第一运输机一般按照边双链方式布置，驱动可采用电机加减速机或液压马达驱动两种形式。EBZ160Z采用双液压马达驱动的形式，具有良好的瞬间过载能力，可克服较小的物料卡链现象。液压马达驱动直接驱动链轮工作，这样传动系统中元件少、结构比较简单、可靠性高。

2 确定铲板机构的参数

设计时需保证装载机构的生产能力的大小需要比切割机构的生产能力大，按照经验，一般情况下装载机构生产能力为切割机构生产能力的1.0～1.1倍。EBZ160Z截割部的生产能力为216t/h。

（1）星轮参数的确定

星轮大径根据铲板整体确定，星轮小径和小径高度均由驱动装置结构决定，根据铲板整体初步确定宽度为2400mm，星轮大径为1100mm，小径为475mm，星轮为三爪星轮，星轮工作转速为0～36r/min。

装载机构的生产率由以下公式计算得出（不计铲板角度）：

式中：

Az——装载机构的生产率；

D——星轮大径，mm；

d——星轮小径，mm；

M——星轮爪子数量，个；

S——星轮爪子面积，m2；

n——星轮工作转速，r/min；

Kz——装载系数，取1.5～2.0。

由EBZ160Z铲板部初步结构分解尺寸，将各尺寸数值带入式中得：83mm。

一般星轮爪子高度h推荐设计为60mm～100mm。

所以选h=85mm。

（2）确定星轮参数的确定

驱动马达功率由以下公式计算得出：

图1蟹爪式

图2星轮式

式中：

Nm——装载马达输出所需功率；

Sa——安全系数，一般为1.3～1.6；

ηz——系统总功率；

WX——星轮自重；

WZ——星轮每转装载物料的重力；

f——物料与铲板之间的摩擦力。

将EBZ160Z铲板部各尺寸带入式中得：

查阅样本后，选取额定功率为12.6kW的液压马达。

（3）小结

由以上得出EBZ160Z的铲板主要参数为：

装载形式：三爪星轮。

驱动方式：液压马达。

马达功率：12.6kW/个（共2个）。

装载能力：3.6m3/min。

星轮转速：0～36r/min。

铲板宽度：2400mm。

3 确定第一运输机的参数

（1）第一运输机的输送能力

设计时需保证第一运输机的生产能力应大于铲板机构的生产能力，第一运输机的运输能力和第一运输机中的溜槽截面大小有着紧密的联系，还与松散煤的动堆积角的大小有关。倾斜运输的情况下，煤的动堆积角一般取为20°～30°。因为上刮板链在运行中有冲击振动现象等，导致货载断面面积减小。根据经验运输能力一般按照如下公式计算得出；

式中：

Q——运输机运输能力，t/h；

F——货料在溜槽中的断面积，一般为1.3～1.6；

ρ——系煤的松散密度，一般为0.85t/m3～1t/m3；

ψ——装满系数，一般为0.5～0.8；

ν——刮板链运行速度，m/s。

在初步的图纸布置中选定的是双液压马达的驱动方式，马达直接连接链轮，链轮节距为128mm、链轮齿数为5、星轮转速为100r/min，得知：

将EBZ160Z悬臂式掘进机中的参数带入下面的公式得：

满足设计要求。

（2）确定牵引力的大小

EBZ160Z悬臂式掘进机的第一运输机的液压马达的牵引力如下：

式中：

W0——总牵引力；

ωf——附加阻力系数，一般取1.1；

Wk——空段阻力；

Wzk——重段阻力。

q——刮板链单位长度重量；

L——刮板输送机实际铺设长度；

ω——物料与溜槽阻力系数，本处取=0.7；

ω0——刮板与溜槽阻力系数，本处取=0.3；

将EBZ160Z的数值带入得到：

W0=26107N。

（3）确定液压马达的功率大小：

P——电动机的轴功率；

D——驱动齿轮分度圆直径mm；

η——传动装置的效率，取0.9。

将EBZ160Z的相关参数带入式中得到：

查阅样本后，选取额定功率为11.7kW的液压马达。

（4）小结

第一运输机的结构形式和相关参数为：

结构形式：边双链刮板式。

驱动方式：液压马达直接驱动。

功率：11.7kW/个（共2个）。

溜槽截面尺寸（宽×高）：470mm× 410mm。

链速：0～64m/min。

运输能力：4.0m3/min。

张紧形式：丝杠加弹簧。

结语

星轮式装运机构在掘进机中应用得很广泛，其中大部分采用液压马达通过花键驱动星轮的方式，结构简单且故障少，受力比较均匀，运行相对平稳，比以往的蟹爪式在可靠性上提高很多。第一运输机与铲板机构采用平直机构，使整个封闭链运行起来更平稳流畅。设计时经过综合比对，严格计算得出各项技术数据，在此前提下，保证了装运机构较好的运行性能，满足了输送能力的需要。

参考文献

［1］张国栋.掘进机装载机构的设计研究［J］.煤炭科学技术，2006，34（10）：59-62.

［2］成大先.机械设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2008.

［3］黄日恒.悬臂式掘进机［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1996.

中图分类号：TD402

文献标识码：A