转载机调心式收煤装置的设计与应用

周建平

（山西王家岭煤业有限公司王家岭煤矿，山西 忻州 036600）

1 工程概况

王家岭煤矿位于山西省河东煤田北部，设计产能500 万t/a，主要开采4 号煤、7 号煤、9 号煤，采煤工艺为北翼综合机械化放顶煤、南翼大采高一次采全高。工作面现有1 台SZZ1350 型桥式转载机，将原煤由刮板输送机过渡至带式输送机。随着工作面推进位置的变化，巷道底板极易出现倾角，当巷道走势上坡时，收煤板与输送带之间空间不足，容易划伤输送带；当巷道走势下坡时，收煤板距离带式输送机过高，容易造成洒煤。由于转载机的体形较大，加之收煤装置固定在转载机上，随巷道走势，采用人力方式调节转载机收煤装置难度较大。

2 转载机收煤装置的现状分析

对王家岭煤矿SZZ1350 型桥式转载机收煤装置的工序流程进行梳理分析，并对以往18106 工作面调节转载机收煤装置所需的步骤、时间及所需人数情况进行了统计。传统人工方式调节转载机收煤装置，需要4～5 人协同作业，分为12 个步骤，平均耗时51.1 min。其中停机、试机为必要安全步骤，耗时占总用时的16%；人工拆卸、调整、安装步骤，耗时占总用时的84%；根据实际观察，人工熟练程度、现场条件等因素对总耗时的影响程度较大，因此改变传统的调节方式很有必要。

3 调心式收煤装置设计的可行性分析

3.1 确定目标

（1）定性目标：通过研制转载机调心式收煤装置，缩短调节收煤装置的工作流程。

（2）定量目标：收煤时间缩短在20 min 以内。

3.2 目标可行性分析

在传统的调节收煤板流程中，人工操作拆卸固定式收煤板时，松动、紧固螺丝所占时间较长，如果通过研制出全新的装置来替代人工拆卸收煤板，松动、紧固螺丝的过程缩短将能极大提高调节转载机收煤板的效率。对调节转载机收煤板装置核心的调节步骤进行分析讨论，从技术指标、人员素质、成本风险、进度风险、挑战性、设施条件等几方面进行了目标可行性分析，认为任务目标可以实现。

4 调心式收煤装置的设计方案的比选及确定

4.1 调心式收煤装置的设计方案

围绕减少人数、减少步骤、减少时间3 个方面进行讨论，得出整体的设计思路为：研制一种调节装置，来达到减少人数、减少步骤、减少时间的目的。经过分析后，决定设计两种可调节式的转载机收煤板调节装置[1-6]，并通过模拟试验法提出两种方案

4.1.1 调心式收煤装置的设计方案一分析

方案一主要是采用支撑顶配合跑道整块方式。工作原理：利用支高顶临时调节纵向高度，在转载机与带式输送机搭接跑道处安设临时垫块，支高顶回收后使用垫块进行支撑，完成调节任务。

工作流程为：（1）停止转载机运转，时间1 min；（2）确认安全闭锁3 min；（3）操作支高顶，调节转载机高度3 min；（4）加装跑道调节垫块2 min；（5）调节收煤板落煤点5 min；（6）回收支高顶2 min；（7）解除控制器闭锁2 min；（8）安全确认设备正常运行1 min。

4.1.2 调心式收煤装置的设计方案二分析

方案二主要是采用收煤板机械换向方式。工作原理：利用液压千斤顶传动装置给旋转装置提供纵向、横向旋转的推力和拉力，从而达到调节目的。

工作流程为：（1）停止转载机运转，时间1 min；（2）确认安全闭锁，时间3 min；（3）操作机械装置，时间3 min；（4）调整收煤板高度和角度，时间2 min；（5）关闭操作装置、解除转载机控制器闭锁，时间2 min；（6）安全确认设备正常运行，时间1 min。

4.2 方案对比分析

方案一为采用支撑顶配合跑道整块方式。（1）功能性。可以进行高度调节。（2）经济性。支高顶预计2000 元，跑道垫块预计500 元，操作装置预计400 元；操作时一共有8 个步骤，总耗时为19 min。（3）安全性。垫块不能固定，存在倾倒风险；加装跑道垫块时，需要停止带式输送机运行。

方案二为收煤板机械换向方式。（1）功能性。可以进行高度、角度调节（功能多）。（2）经济性。旋转装置预计100 元，动力装置预计2300 元，操作装置预计400 元；操作时一共有6 个步骤，总耗时为12 min。（3）安全性。无安全风险，加装时对设备无影响。

通过分析比较两种方案流程步骤及所需时间，可以看出方案二从步骤数量及所用时间上来看为优选方案。综合分析评估后，确定方案二收煤板机械换向方式为最终方案。

5 调心式收煤装置的设计

5.1 材料选型分析

纵向旋转装置的材料选择国际高标螺丝销，抗拉强度400 MPa，屈服强度240 MPa。优点：购买成本低，强度足够，更换便捷。

横向旋转装置的材料选择定制导向块，抗拉强度300 MPa，屈服强度180 MPa。优点：全新制作，强度有保障。

传动装置为液压千斤顶装置，选择ZF800-32型千斤顶，行程1143/778 mm，推力535/326 kN，普通双作用形式，性能参数满足需求。

操作装置是由操作阀组构成，选择FHS400 操作阀组，安全阀门开启压力为350 kN，工作阻力为360 kN，性能调足工作需求。

整个确定的最佳方案如图1。

图1 确定的最佳方案示意图

5.2 实施方案

实施一：绘制图纸。按照要求对转载机调心式收煤板进行数据细化、设计并绘制了图纸。

实施二：申请工具，领取配件。完成材料计划审批、领取、制作工具申领，最终把焊接工具、切别工具、管路、操作阀、千斤顶等工具材料配件领取到位，备用在综采车间。

实施三：零件加工及组装。在综采车间进行导向块的加工制作、旋转部位焊接，完成了旋转部、传动部、操作部的管路连接，经过组长检查，其中旋转部达到了垂直极限距离180 mm、水平最大转角±10°的要求，传动部达到了水平推力240 kN、拉力125 kN，垂直推力220 kN、拉力145 kN 的要求，通过验收。

实施四：装置调试。在综采车间进行整个装置的组装调试，经过组长检查，旋转装置、动力装置、操作装置连接可靠，动作灵敏，操作安全，反应迅速，并进行了空载状态下的调节试验。

6 实践应用及效果分析

研制出了转载机调心式收煤装置后，综采车间在配套18106 工作面时进行了安装，于2021 年6月16 日18106 工作面投入使用后，对6 月16 日—25 日的调节装置使用情况进行了统计。转载机调心式收煤装置在王家岭煤矿18106 工作面投入使用后，只需要通过1 名工人、通过6 个步骤就能完成调节，随着操作工人使用熟练度的提高，其操作时间是线性下降的，接近9 min 左右。转载机调心式收煤装置的应用，达成预期目标，减少了6 个操作步骤，减少了5 名操作工人，减少了40 min 操作时间。

以该装置投入前后所需时间对比计算，每次调节时间前后相比减少40 min。以每天进行一次调节工作，每个工作面工效600 t/h，2 092.9 kJ 吨煤600 元/t 计算：每天增加的经济效益=40 mim×10 t/min×600 元/t=24 万元，每年增加的经济效益=276×24=6624 万元。同时，装置的应用提高了工人调节过程中的安全系数，降低了工人调节过程中的劳动强度。该装置在王家岭煤矿18106 工作面转载机成功应用后，进行批量制作，并在4 台转载机上推广应用。该装置结构简单，成本低廉，具有较好的市场推广前景。