EBZ260掘进机第一运输机设计分析

2024-04-29林敏

中国科技投资 2024年1期

摘要：本文描述了掘进机第一运输机的结构特点，以EBZ260型掘进机第一运输机为例进行了结构数据的计算，分析了在实际中的使用问题，并提出改进措施，旨在为日后研究提供实践经验和理论数据，以供参考。

关键词：掘进机；设计：结构

DOI：10.12433/zgkjtz.20240132

掘进机设备按作业面为部分断面和全断面掘进机，是一种集合煤岩破碎、收集、运输一体化高度集成的设备。其中，悬臂式纵轴掘进机较为主流，第一运输机位于机体中部，横穿在本体内部，前端通过销轴与铲板和本体相连，后端通过的高强螺栓固定在本体上，同时与地面成一定角度布置，这一角度与运输物料的松散程度安息角有一定关系。根据煤机行业的实际矿用要求，第一运输机也发生了较大变化，在材料选择上，更倾向于强度更大的高强钢。针对接料设备的多样化，第一运输机的整体结构也有很大的调整。对于链速和运货能力的提速，其驱动体现出更大、更强的趋势。

一、主要结构特点

以EBZ260悬臂式掘进机的第一运输机的结构为例，如图1所示，第一运输机一般由溜槽结构、刮链组件、驱动装置、涨紧装置等主要组件组成。第一运输机溜槽结构整体采用二体结构时，分为前溜槽、后溜槽；当采用三分结构时，分为前溜槽、中间溜槽、后溜槽；中间使用高强度螺栓连接或连接块结构加高强度螺栓。第一运输机溜槽结构从本体部中间穿过，贯穿于整个机架；前溜槽通过销轴孔与铲板销轴相连；后端依靠后支撑座与后支撑架体相连。矿用运输设备主要采用刮板链式结构，常用的有边双链结构、中双链结构、中单链结构。涨紧装置采用油缸张紧加弹簧缓冲结构，通过改变主动轮与从动轮的中心距调节刮板链的松紧程度。

驱动装置主要由低速大扭矩液压驱动马达、链轮、刮板链组、脱链器等组成。液压马达分为单马达或双马达，主要区别在于双马达提供更大的动力输出。马达通过花键直接驱动链轮转动，链轮轮齿与刮扳链咬合，带动链条做直线运动，从而实现物料运输。第一运输机的驱动部件还可以采用电动机加减速机的形式：驱动装置中的电机与减速机相连接，减速机安装在驱动架结构上，减速机输出轴通过齿轮或键带动驱动链轮，完成驱动过程。电机为三相异步电动机，电机轴与驱动轴方向垂直，也可于驱动轴方向平行，此种垂直布置方式可以采用行星轮系加锥齿轮的减速机，减速比一样，体积更小，更节省空间。两种形式的驱动部件适用不同工况及使用条件，应结合实际选择。

刮板链式结构主要分为边双链和中双链。刮板链主要由链环和刮板组成，根据链条与刮板的连接位置分为中单链、中双链和边双链。其中，边双链型式在掘进机中有更多的使用。中单链由刮板、圆环链连接环、螺栓、螺母等组成，分为U型螺栓式和压板式结构。驱动结构根据刮板链组的型式而有所不同：第一，中双链刮板链需要异性特殊的螺栓连接，刮板与溜槽托板缝隙较大，运料时会发生抖动，且越靠近链轮抖动幅度越大，刮板链会漏掉部分煤石，降低运输效率；边双链结构在抖动和回煤的问题上要优于中双链，但边双链不适用于刮板运输机需要左右摆动变动的工况。第二，中双链的链轮结构与连接方式与边双链也不相同，中双链两侧有花键座保护内部花键隔绝水和油的有害介质。而边双链通过半圆联轴器结构，密封效果较差，油水介质可通过螺栓孔和缝隙进入腐蚀花键，减少花键的使用寿命。第三，双中链形式对比边双链型式，双链布置在刮板中间，对溜槽水平弯曲和垂直弯曲的适应性较好，链环的尺寸较小，但两种型式链条受力不均匀。

二、基本参数计算

在初步进行方案设计时，第一运输机在掘进机中的作用较重要，直接关系到物料运输的效果，是重要的生产经济指标。因此，需要计算第一运输机的生产能力及受力，以EBZ260为例，简述设计计算过程。

（一）生产能力计算

其中：ψ为第一运输机装满系数，根据第一运输机倾角、煤岩条件、溜槽结构等，ψ取值0.7。

F为第一运输机截面积

其中：掘进机槽宽B=600mm

有效高度h=336mm

υ为第一运输机驱动链轮转速

其中：链轮节圆直径d=279

为第一运输机驱动链轮转速

其中：

q1为马达总流量=110L/min

q2为马达排量=800mL×2

η取0.95

n=65rpm

υ=0.95m/s

（二）第一运输机运行阻力计算

其中：

q0为单位长度刮板链组质量=80kg/m

g为重力加速度=9.8m/s

f1为刮板链摩擦系数=0.25

L为溜槽长度=7m

β为运倾角=9°

q为单位长度溜槽的物料质量=650kg/m

W为物料摩擦系数=0.8

F阻=650×9.8×7×（0.25×cos9+sin9）+80×9.8×

7×（0.8×cos9+sin9）=23180N

（三）第一运输机马达牵引力计算

其中：

M为马达提供的扭矩

其中：

p差为马达工作油路前后压差=18.5MPa

q排为马达本身的排量=800mL/r

η1为油泵容积效率=0.95

η2为马达效率=0.95

M=2137Nm

d=279mm

F牵=4×2137/d=30637N

功率倍数：W=F牵/F阻=30637/23180=1.29＞1.2的功率备用系数，且数值较接近，选型可靠且经济。

三、常见故障分析

第一运输机是掘进机运送物料的关键部件，是铲板收集的物料输送到后续第二运输机和皮带机的桥梁，对于掘进机工作具有关键作用。目前，掘进机的第一运输机经常发生驱动力不足、卡链和跳链等现象，同时驱动装置问题造成停车，井下维修困难且相应配件运送成本较高。

（一）驱动力不足

1.故障原因分析

经过实地研究发现，在掘进机迎头工作面工作时。为了灭尘，操作人员会开启掘进机的内外喷雾装置，水雾能很好地减少扬尘，确保迎头工作面的清晰可见。但随着现场底板煤矸石的湿润度增加，细小煤矸石、灰尘和土与水形成类似水泥的混浊泥浆，当星轮旋转上货时，会进入各个部件的缝隙，加大从动链轮工作阻力。当溜槽上货后，压链板与中间板之间链槽随着刮板链运动带上很多的泥浆，堵塞链子与上下压板之间的空隙，增大刮板运输的阻力，同时泥浆随着刮板被带到驱动装置等各个部位，导致驱动力不足，没有动力储备的现象。经过实际工况对比，在掘进大角度俯角作业时，容易出现驱动力不足的现象，如果此种问题经常发生，一旦过载严重，会发生闷车风险，甚至破坏驱动装置的马达，其他构件变形，出现磨损特别严重提前报废的问题。

2.卡链和跳链

在掘进机使用过程中，卡链和跳链现象很常见，主要原因有：

第一，铲板与第一运输机之间存在相对运动，刮板链的从动轮跟着铲板绕本体上的铰接点做回转运动，导致刮板链中心距不断变化，当铲板处于不同状态时，需要调节链条松紧度。当位于后溜槽上的张紧装置不能有效补偿链条长度时，极易发生跳链。

第二，刮板链组在溜槽内做往复运动，链组两侧均有张紧装置。当两侧链组张紧调节不同步时，会导致两侧链条长短不一致。当主动链轮同步转动时，会发生跳链故障。同时，短链条侧因承受重负荷，受较大的应力，容易引起断链。

第三，链条与链轮运动时存在瞬时冲击载荷，长期在冲击振动下使用，会严重磨损链轮磨损，链轮沟槽变形后，节距产生变化，导致链条运行一段时间后发生跳链现象。

第四，工况特殊时，煤岩湿润、黏度大的含砂土等工况场合，链环上的物料难以脱落，堆积在刮板达不到的溜槽边缘角落。堆积时间长，堆积量变大后刮板运行出现卡滞，发生卡链。

第五，煤矸石较大，破碎度差，较大的物料卡在龙门位置时，会发生卡链。

第六，未做到及时和按时检修，刮板链式结构出场调试时，会调整链条松紧，表现出较好的运行状态。但到矿上使用一段时间后，链条会因为载荷局部的变形，包括与主动轮、从动轮的磨损，甚至链条和运动机构挂满煤矸石泥浆和砂土等杂物，导致链条松弛，产生各种跳链和卡链现象。

（二）链条抖动大

链条在拖动刮板推料时抖动，当受冲击载荷的影响时，链条抖动幅度更加剧烈，越靠近驱动装置抖动幅度越大。小的煤矸石会因为抖动从溜槽缝隙中泄露，返回工作面地板上，而较大的煤矸石会因为抖动而从高处跌落到较低的刮板上，滚落到靠近龙门的位置，等待更大的煤矸块将其推出。这种现象会影响上货效率，链条抖动主要因为链环不能贴紧拖料钢板，同时链条结构存在瞬时冲击，当链条靠近主动链轮时，各部位速度不一致、不连续，所以链条会产生抖动，但不正常的抖动与马达状态、链条张紧状态等都有一定的关系。

四、改造方案

（一）动力马达更新升级

根据实际设计升级动力。使用双马达驱动已成为主流的一种配置，双驱动提升功率的储备可以提升产品的使用性能，降低闷车故障，让两侧链板有更足的力道。使用更加强劲的“心脏”——马达，配备更加大扭矩低转速大排量的马达，提升强劲的瞬时动力输出。

（二）防卡链结构设计

对于卡链可以改进第一运输机结构，调整压链板与溜槽的连接方式。链板间隔是固定数值，较小的压链高度会频繁发生卡链、跳链故障。较高的压链高度会导致压不住链条的抖动，链条不能平稳地传递物料。采用弹簧压力欲紧的结构，使压链板与溜槽不再焊接，预设弹簧的压力值，调整压链板的高度，适应复杂工况，避免出现卡链。

（三）其他结构改进

第一，提高梁的抗拉强度，提高梁的抗弯弯矩，刮板通过热处理方法提高抗弯能力。刮板抗弯能力增强确保刮板连组整体运行的稳定性、改善压链板通过性，并降低刮板的损耗量。

第二，从动轮处增加脱链器，提高刮泥效果清理效果，降低链条带泥进入溜槽和驱动组件内部。

第三，回转变向装置满足二级装运物料机构对接时，掘进机出料位置经常变化，需要调整机尾，前后溜槽通过销轴铰接，使用摆动油缸调整左右角度。同时，选用中单链链组和专用张紧装置。

参考文献：

[1]杨清立，刘佳军.掘进机第一运输机设计计算[J].经济技术协作信息，2008（19）：165.

[2]李明.掘进机刮板运输机存在的问题及改进设计[J].煤炭工程，2016，48（11）：134-136.