转载机液压旋转活动挡板的研制

牛强

（1.中煤张家口煤矿机械有限责任公司；2.河北省高端智能矿山装备技术创新中心，河北 张家口 076250）

在煤矿井下综采工作面，顺槽刮板转载机是与综采工作面设备配套使用的顺槽输送设备，主要任务是把工作面输送机送来的煤输送、转运到后续带式输送设备上，顺槽刮板转载机是现阶段大型综采设备重要的组成部分。

刮板转载机机尾部是接收工作面输送机输送煤炭的部分，由于没有专用破碎机对大块煤炭进行破碎，机尾部槽体上的挡板时常要受大块煤炭的撞击及挤压，为了保证结实耐用挡板通常设计为固定形式，直接焊接在槽体上。当顺槽输送设备需要进行槽内维修或更换部件时，维修人员只能选择越过挡板或者从工作面进入工作现场，导致工作人员的人身安全得不到保证，并且运送较大或较重的工具或更换零部件时劳动强度更会成倍增加，由于矿井下巷道内空间有限，吊装较重的零部件只能选择简易的吊装设备，当用这些吊装设备跨越挡板运输到转载机槽内，费时费力，还存在一定的安全隐患。安全本来就是生产的第一要务，随着煤矿安全规范逐渐完善，设计一种专用的检修、维护通道是亟需的、必要的。转载机液压旋转活动挡板的研制能够完全解决上述问题，转载机液压旋转活动挡板将传统固定的挡板通过液压油缸的伸缩控制挡板实现开合的活动形式，形成一个便捷、安全的通道，大大减轻了劳动强度，缩减了维修时间，提高了顺槽设备的便捷性和安全性。

1 转载机液压旋转活动挡板构成

转载机液压旋转活动挡板是在原转载机固定挡板基础上进行升级改造而成，为了确保挡板的一致性设计理念就是把原本挡板设计分成固定部分和活动部分，通过合适的动力单元对活动部分进行控制。由于液压油缸结构简单、工作可靠、运行平稳，实现简单的往复运动中没有传动间隙且免去了减速装置，在当下的煤矿综采设备中得到广泛的应用，根据可靠、经济、便捷的设计原则选择液压油缸作为此活动挡板的动力来源。

1.1 主要结构组成

如图1 所示，转载机液压旋转活动挡板主要包括活动挡板1 和与其联接的固定挡板4，固定挡板4 和转载机槽体利用焊接方式或者螺栓固定在一起，作为整个液压旋转活动挡板的支撑部分；活动挡板1 上下两端对称设置有双联接板，双联接板与活动挡板1 焊接为一体，固定挡板4 上相对应的下两端设置有单联接板，单联接板与固定挡板4 焊接为一体。活动挡板1 上下两端设置的双联接板与固定挡板4 上下两端设置的单联接板通过固定销联接，此固定销作为旋转轴，活动挡板1 可围绕其进行旋转开合。在活动挡板1 和固定挡板4 分别焊接有联接耳A2 和联接耳B6，液压油缸3 的两端通过固定销与联接耳A2 和联接耳B6 相连接，液压油缸3 作为整个液压旋转活动挡板的动力单元，活动挡板1 随着液压油缸3的伸缩在固定挡板4 上实现旋转开合。

图1 转载机液压旋转活动挡板的结构简图

1.2 安全措施

为了避免因为液压油缸缸内压力不足或者管路误进液等情况致使在未操作的情况下液压油缸3 进行动作从而使活动挡板1 开启或关闭导致安全事故的发生，在液压油缸3 控制单元中增加了液控双向阀，保证液压油缸3缸体内的压力保持在正常的工作范围，确保液压旋转活动挡板的安全性。另外还在液压油缸3 控制单元增加了液压安全阀，避免进入缸体内的液体压力对液压油缸3的密封部件造成损坏，从而排除安全隐患，保证液压油缸3 的使用寿命。

为了进一步加强顺槽刮板转载机的安全性，在固定挡板4 上还设置有电器闭锁装置5，闭锁装置5 和转载机控制系统相链接，电器闭锁装置5 通过螺栓安装在固定挡板4 上。闭锁装置5 通过行程开关进行控制，当控制液压油缸3 伸缩使活动挡板1 打开时，活动挡板1 旋转就会触碰挤压电器闭锁装置5 的行程开关，使闭锁装置5进行工作，行程开关闭合后使得转载机电机处于闭锁状态，保证人员在转载机内作业转载机不被误开启，保障作业人员的人身安全，维修人员工作完毕使活动挡板1完全闭合后电器闭锁装置5 的行程开关才会关闭，顺槽刮板转载机则能够正常开机工作，这套电器闭锁装置也会避免活动挡板1 因未完全关闭而进行生产的事故发生。

2 转载机液压旋转活动挡板的受力分析

在转载机液压旋转活动挡板整个装置中，只有活动挡板1 个活动元件，为了确保转载机液压旋转活动挡板能够平稳顺滑的开启，应对活动挡板1 进行受力分析，确定好开启活动挡板1 力的大小和方向，从而选择合适规格的液压油缸3。

2.1 活动挡板的受力分析

为了保证转载机液压旋转活动挡板在使用过程中上下2 个旋转轴的固定销受力相对平衡，需使2 个固定销的同轴度尽量小，在设计过程中2 个固定销应在转载机槽体重心的两端且距离重心基本相同。在设计过程中转载机槽体和活动挡板1 应有一定的间隙，杜绝2 个部件间产生摩擦力，阻碍活动挡板1 的顺利开启。经过上述设计要求分析可知，经过液压旋转活动挡板组装后活动挡板1 受3 个力作用，分别为上联接耳受到的力F1、下联接耳受到的力F 2 、自身重力G，3 个力必须达到平衡。若活动挡板1 只受到上联接耳的力和自身的重力，则上联接耳的拉力方向和重力的方向应该相反，此时重心和上联接耳成一条竖直线，则受到上联接耳的力会以上联接耳为中心，向右倾斜，此时若想把受到上联接耳的力恢复正常状态，下联接耳则起到阻止活动挡板1 向右倾斜，由此可知下联接耳对受到上联接耳的力作用力的方向应该是向左上，而上联接耳的拉力也会随着门的状态恢复，力的方向会随之转为右上，确定好活动挡板1 的受力情况故得出图2 活动挡板1 的受力分析。

图2 活动挡板1 受力简图

2.2 液压油缸的工作时的受力情况

通过对液压油缸3 在开启活动挡板1 时的受力分析可得出液压油缸3 的受力状态如图3 所示。图中F 拉为液压油缸3 活塞杆收回所产生的拉力，F 3 为开启活动挡板1 所需要的力，由此可得出F 3 =F 拉cos b 。通过对转载机液压旋转活动挡板的结构分析和上述活动挡板1的受力分析可知，若想使用液压油缸3 开启活动挡板1，则液压油缸3 拉力所产生的力矩要大于活动挡板1 上、下联接耳与固定销产生的摩擦力矩。因活动挡板1 是围绕固定销进行旋转开合，则固定销的轴心为整个挡板力的作用点，若F 3 到作用点的距离为d1，固定销的半径为r,摩擦系数为μ，则可以得出：

图3 液压油缸开启活动挡板受力情况

从而推导出液压油缸3 所需的拉力最小值。

通过对液压油缸3 在关闭活动挡板1 时的受力分析可得出液压油缸3 的受力状态如图4 所示。图中F推为液压油缸3 活塞杆推出所产生的推力，F4为关闭活动挡板1 所需要的力，由此可得出F4=F推cos c 。通过对转载机液压旋转活动挡板的结构分析和上述活动挡板1的受力分析可知，若想使用液压油缸3 关闭活动挡板1，则液压油缸3 推力所产生的力矩要大于活动挡板1 上、下联接耳与固定销产生的摩擦力矩。若F 4 到作用点的距离为d 2 ，固定销的半径为r,摩擦系数为μ，则可以得出：

图4 液压油缸关闭活动挡板受力情况

F4d2≥μ F1cos a+μ F2cos a 从而推导出液压油缸3 所需的推力最小值。

2.3 液压油缸规格选择

通过上述对液压油缸工作时的受力计算可以得出转载机液压旋转活动挡板开启或关闭活动挡板1 时液压油缸3 所需要的拉力和推力大小，利用计算所得出的结果对液压油缸3 进行选型计算。

若液压油缸工作压力为P，缸径为D，活塞杆直径为d。

通过上述公式可以计算出转载机液压旋转活动挡板所需液压油缸的缸径和活塞杆直径的数值，从而确定液压油缸的规格，这样就可避免所选液压油缸规格过大造成浪费，也能够使活动挡板正常平稳开合。

3 结语

安全是生产的第一要务，顺槽刮板转载机作为综合机械化采煤工作面不可或缺的组成部分，它是否安全、便捷将直接影响整个采煤工作的顺利开展，转载机液压旋转活动挡板是针对传统转载机小的改进，是对转载机挡板结构进行进一步的优化，使得转载机安全性、便捷性得到提升。在实际的生产过程中不断地发现问题，通过不断地改进和完善才能推动煤矿机械不断发展。