高效可靠带式输送机用自移机尾的研制

魏训涛，刘德军，张庆良，郑 粲

（山东能源集团有限公司，山东 邹城 273500）

0 引言

带式输送机用自移机尾（以下简称：自移机尾）用于煤矿井下工作面运输顺槽巷道，可实现转载机与带式输送机机尾的连接配合和快速推移，可满足高强度、快推进的采煤工作面生产需要。同时该装置还可对输送胶带偏移进行调整、校正转载机推移方向和随采煤工作面的推进自行前移等，本设备起到了转载机与胶带运输机承上启下的作用，可保证顺槽运输设备：转载机、胶带运输机运转通畅及良好衔接。

1 高效可靠自移机尾的研制的必要性

目前，国内在用的自移机尾，普遍存在可靠性较差、寿命较短、使用和维护较困难、维修不方便等问题。

因此,有必要研发一种故障率低、结构简单合理、高效可靠的自移机尾。这种自移机尾可以减少胶带磨损，提高自移机尾使用寿命，降低胶带使用成本，便于现场维护和后续维修，可有效提高煤矿煤炭运输效率，降低生产成本，更加符合高产高效现代化煤矿对生产装备的要求。

2 自移机尾的研发内容

针对国内外自移机尾使用过程中出现的问题，结合国内外自移机尾使用的先进经验，利用先进的研发设计手段，开展高效可靠自移机尾的研发工作，研发的主要内容有：

2.1 自移机尾的主要技术参数

根据井下实际使用需要及以往自移机尾使用经验，结合实际情况，确定以研发适用带宽B=1400 mm胶带运输机的自移机尾为例开展研发工作。

首先确定其主要技术参数。自移机尾与液压支架处于同一液压系统中，采用相同的动力源和工作介质而定工作压力与液压支架相同。通过计算可得各部位液压缸缸径；按照采煤工艺要求可选取推移行程、侧移调节行程；依据胶带运输机设计规范，可得符合带宽B=1 400 mm自移机尾的滚筒、托辊等规格。主要技术参数可作如下选取：

工作介质： 乳化液

工作压力： 31.5 MPa

适用带宽： 1 400 mm

推移液压缸推力： 2×631 kN

推移液压缸行程： 2 600 mm

调高液压缸推力： 4×631 kN

调高液压缸行程： 250 mm

侧移液压缸推力： 4×180 kN

侧移液压缸行程： 200 mm

机尾滚筒直径： 560 mm

推移方式： 三刀一推

2.2 自移机尾的结构设计

在自移机尾的研发设计过程中，充分利用虚拟样机技术，通过PTC Creo Parametric建立数字模型，联合ANSYS等软件对数字样机进行仿真分析，确保自移机尾整机结构布置科学合理，通过分析选择合适材质钢材、规格，降低制作成本保证结构强度。

自移机尾主要由机头部、中间部、尾部、调整架、集中润滑系统、支撑小车、液压系统等几部分组成（如图1所示）。

图1 自移机尾的结构示意图

1）机头部由机头架体、浮动托辊组（含压带滚筒）、前部调偏装置等组成。可实现自移机尾头部的抬高和侧移。机头最前端设有浮动托辊组与机头架铰接，其上设有调节液压缸，可随着胶带的高度对浮动托辊组进行高度调节，使自移机尾与胶带输送机的胶带平滑过渡。

2）中间架主要由中间架体、挡板组件、辅助支撑等组成。中间架是转载机的落料点，也是转载机机头部的直接承载部分。转载机的机头部由支撑小车相连并承托，支撑小车跨坐在自移机尾中间架上，中间架两侧有导轨，支撑小车下部有支撑轮在导轨上与自移机尾相对运动。自移机尾的机头部和机尾部分别与中间架前后两端相连接。

3）尾架主要由机尾架体、机尾改向滚筒、压带滚筒、后部调偏装置等组成。机尾改向滚筒安装在尾端架体的末端，外筒皮有螺旋槽，采用外置式滚筒轴座，稀油润滑。所有滚筒采用集中注油实现润滑。前后调偏装置配合使用，可完成机尾自移设备的抬高和侧移等动作。这种外筒皮有螺旋槽的滚筒也可称为自清洁滚筒，它可将吸附到输送带内表面的煤泥、碎矸石等污物，通过滚筒的转动使污物随螺旋槽从滚筒两端挤出。另外在机尾滚筒前部还设计有一定倾斜角度的煤泥清扫板，也可把污物清扫收集到U型槽内，从机尾架两侧排出。

4）支撑小车是转载机机头的支撑和连接装置，当小车与转载机头连接固定后，可将其与转载机看作一个整体，支撑小车又与推移缸相连，它在自移机尾推移前进及调偏侧移过程中起到固定支点的作用。小车具有多个自由度，可适应转载机头部及自移机尾的不同位置状态需要。

5）润滑系统主要由多通块、油管等组成。通过润滑系统可以实现单点完成对所有滚筒等旋转部位的润滑。

6）液压系统（如图2所示）主要由以下几部分组成:操作阀组、、液压管路、推移液压缸2件、抬升液压缸4件，调偏液压缸4件、浮动托辊组调节液压缸2件、液控单向阀、安全阀等。通过液压系统可以将系统压力转化为机尾自移设备推移、抬升、左右摆动等的动力，从而实现自移机尾进行推移、侧移、抬高等操作。

图2 液压原理图

液压控制阀设置在自移机尾机头部，这里视野较开阔，还便于工人观察设备整体运行状况、观察煤流和对设备的操作。液压控制阀安装位置可根据采煤面的左右方向需要调整，满足采煤工作面更换方向的需要。

2.3 工作原理

自移机尾液压系统与液压支架液压系统采用同一动力源，均以高压乳化液为动力，以机头架、中间架、尾架为主体，转载机、顺槽底板互相作为支点固定，利用转载机、自移机尾与顺槽底板间的摩擦力，通过对液压控制阀的操作，配合各液压元件各司其职，使各液压液压缸产生伸缩运动，实现自移机尾调高、调偏、前移等功能。

2.4 工作过程

2.4.1 推移

当采煤机完成一定截深后，液压支架向前推动工作面输送前移，转载机随之前移，与转载机相联的支撑小车也一起在中间架上部的轨道上相对于自移机尾主体前移，下部与小车相联的推移液压缸活塞杆回缩,当转载机和支撑小车前移3个步距（约2 400 mm），活塞杆基本全部回缩至缸体内,此时自移机尾即可向前推移。操作液压系统控制阀，使立缸回缩，机尾底在顺槽底板上落实，再操纵推移缸控制阀，使推移液压缸活塞杆伸出，推动与其相联的机尾架体，此时与转载机相连的支撑小车作为推移固定支点，即可推动自移机尾整体前移。

2.4.2 抬高

当自移机尾在有起伏的巷道通过时，为使自移机尾各部位处于适当的高度工作，这时需操作液压控制阀使调高液压缸伸缩（行程≤250 mm），使机尾前后左右都处于合适的高度，完成调高操作。

2.4.3 调偏

首先操作调高立缸使机尾升起离开顺槽底板，只留调偏装置的滑靴支撑机尾；自移机尾通过调高立缸与调偏装置的滑块连接，自移机尾以调偏装置的滑架为支点，操作水平缸使自移机尾沿滑架向预定方向移动。侧移水平缸安装在滑架中间位置，水平缸设计调偏行程为250 mm；一个调偏行程完成后，操作调高立缸回缩将自移机尾落到顺槽底板上，同时使滑架抬高完全离开底板。操作水平缸使滑架处于机尾中间位置，一个行程的调偏操作完成。如机尾侧移距离大于设计调偏行程，可重复执行如上操作，直到符合要求调偏距离。每次调偏操作最后，应使水平缸恢复中位。操作时调偏装置时，既可同操作前后调偏装置向一个方向移动自移机尾的前、后端，也可以单独移动自移机尾的一端或同时向相反的方向移动自移机尾的前、后端在一定范围内侧移，俗称“调角”。

调偏操作可实现调整胶带运输机胶带侧偏、转载机前进方向矫正等功能。

2.5 优化和创新

为满足高效可靠的要求在研发设计时做了以下优化和创新。

2.5.1 材料的选择

整体选材采用Q355板材焊接。其中与胶带接触磨损较严重的部位如各部件中板、底板等采用NM360钢板代替原Q355钢材，Q355钢材的屈服强度δs为355 MPa,抗拉强度δb：450～630 MPa，NM360屈服强度δs在八百多兆帕，抗拉强度δb在1000 MPa以上，且NM360钢板经验证在10～30 kJ热输入条件下，采用CO2气体保护焊和埋弧焊时都具有良好的焊接性能。NM360钢板的应用既保证了构件的机械性能又增加了易磨损部位的耐磨性，提高了自移机尾的可靠性。

2.5.2 结构优化

自移机尾机头架、中间架、机头架等主要各构件都采用钢板焊接箱型结构。例如：由于自移机尾工作时，中间架处于悬空状态，故自移机尾中间架的设计尤为重要。由于箱型梁结构抗拉强度高，弹性模量高，材料利用效率高，延展性、韧性好，抗震性优越，能有效地发挥钢板的承载能力。经研究决定，中间架主要受力部位采用箱型梁结构。经受力分析（垂直受力值取600 kN，如图3所示）可得：箱型梁结构的使用，可在保证技术要求和机械性能的前提下，简化结构，减轻重量，降低制造难度。通过对自移机尾整体结构的优化，不仅减轻了重量，降低了制造难度，还可缩小大部件尺寸，最大部件长度控制在5 m以内，以保证井下安装、运输的要求。

图3 主要构件受力分析

2.5.3 机尾滚筒优化

机尾滚筒采用自清扫螺旋滚筒。即机尾滚筒表面布有左右对称的正反螺纹沟槽，螺纹采用钢板条制作，并沿滚筒径向中间轴线左右对称的。在滚筒旋转过程中，胶带内侧面上附着的碎煤等杂物会随滚筒的转动经螺纹槽自动向滚筒两侧排出，附着物的减少增大了胶带与转动滚筒间的摩擦力，提高了转动效率，同时左右对称的螺纹还有一定防止胶带跑偏的作用。

2.5.4 机尾滚筒安装方式创新

机尾滚筒采有传统内置式轴座改为外置轴座。滚筒的损坏大部分都是因为旋转部位的损坏造成的，因此把旋转部位与滚筒体分开设计便于滚筒使用过程中的维护和轴座损坏后的更换。更换轴座相比于更换滚筒劳动强度大大减小，操作更加简单、更加省力，从而提高了更换效率、节约了人力成本。

2.5.5 液压系统优化

1）为保证液压系统内乳化液的清洁在液压系统进液端设置手动反冲洗过滤器，便于自移机尾液压系统的自清洁。手动反冲洗过滤器体积小，拆装方便，便于操作，维护容易。

2）为保证左右推移液压缸推移时同步伸缩，在推移液系统中设置分流集流阀，当2个推移液压缸承受不同的负载时，分流集流阀能保证其同步伸缩，避免因2个缸推移时不同步而造成的设备卡阻或损坏。采用分流集流阀的液压系统结构简单、成本低、制造容易、可靠性强。

另外，各液压缸内腔、活塞杆等零部件采用镀铜锡合金工艺，其余液压元件如各种接头、阀件等使用不锈钢材质，增加了元件耐腐蚀性，提高了液压系统可靠性和使用寿命。

3 结语

通过研发优化，本自移机尾的结构更加科学合理，使用寿命得到延长，维护保养更加方便。据统计，原同型号自移机尾平均运量在200～300万t左右需进行大修，通过在兖矿集团兖州煤业公司兴隆庄煤矿的应用，本型号自移机尾运量在400～500万t左右方需要大修，相较其它同类型自移机尾使用效果更好，有效提高了煤炭产量，减轻了工人的劳动强度，得到了矿方的认可。

本形式的自移机尾还可以根据不同矿井使用要求和条件，选择不同的技术参数，开发设计成系列化产品，可适用于不同矿井条件，适用于1 200、1 400、1 600 mm等不同带宽的带式输送机。目前，适用于1 800 mm带宽的自移机尾已在兖矿集团未来能源金鸡滩煤矿投入使用，使用效果良好，为企业创造了可观的积极效益和良好的社会效益。

随着采煤技术的不断进步，现代化、智能化矿井的全面推进建设，自移机尾也应适应煤矿发展，智能化将是未来自移机尾的研发方向。利用北斗定位系统、5G技术等新技术、新方案，结合煤矿现有技术条件实现自移机尾自动姿态调整、远程控制等，与煤矿智能系统有机结合，成为智能矿山不可或缺的有机组成部分。