全斷面掘進機下滾筒裝置主要參數的計算

劉志明 黃圣玲

摘 要：本文介紹了全斷面掘進機使用的下滾筒裝置的工作原理，分析了下滾筒裝置的主要參數及對其破煤能力、輸送物料能力等的影響；闡明了下滾筒裝置各主要參數的選擇和確定的原則及理論依據；描述了下滾筒裝置的螺旋葉片的結構、調整方式；敘述了物料輸送的整個流程；總結了下滾筒裝置的結構優點；展望了未來發展的趨勢及其結構優化的方向。

關鍵詞：下滾筒裝置；工作原理；參數選擇；發展趨勢

中圖分類號：TD42 文獻標志碼：A

0 引言

下滾筒裝置是全斷面掘進機主要的部件之一，其性能直接影響著整機的生產能力。由于全斷面掘進機的裝機功率很高，生產能力遠遠超過了以往的部分斷面掘進機和連采機，這就對掘進機的裝運機構的工作能力也提出了新的要求。全斷面掘進機的下滾筒裝置的滾筒采用中心對稱的雙螺旋葉片結構，利用螺旋葉片將截齒截割下來的物料由兩側輸送到中間第一運輸機的入口處，利用滾筒轉動的離心力將物料拋向第一運輸機，通過第一運輸機將物料輸送給整機后面的皮帶機。邊滾筒具有伸縮功能，方便調車。這種結構具有運量大，速度快、清底好等優點。

1 主要參數的確定

1.1 下滾筒裝置的轉速

下滾筒裝置的轉速與輸送量成正比關系。隨著轉速越快，下滾筒裝置的生產能力越高，轉速小則導致下滾筒裝置的輸送量下降。轉速過高也不滿足要求，因為當轉速超過極限值后，煤塊在離心力作用下向外運動，導致無法輸送煤塊。所以，我們對轉速N進行了限定。

通過經驗公式，下滾筒的臨界轉速為：

式中：A—煤塊的綜合特性系數，取50；D—螺旋葉片外徑1.2m。

因此，下滾筒裝置的轉速應根據煤塊的輸送量大小、下滾筒直徑和煤塊的特性而定，則：

設定此次下滾筒裝置的轉速為46r/min。

1.2 下滾筒葉片直徑

下滾筒葉片的直徑是下滾筒裝置的重要參數之一，對下滾筒裝置的生產量和整個結構尺寸有很大影響。根據下滾筒裝置的生產能力、輸送物料特性和布置形式確定下滾筒裝置的葉片直徑。設定此次下滾筒裝置的葉片直徑為d=1.075m，齒尖直徑為D=1.2m。

1.3 螺距

下滾筒葉片的螺距同時決定著螺旋的升角大小和物料運行的滑移面的大小，它直接影響著煤塊輸送的多少。輸送量Q和直徑D確定后，螺距大小的改變，物料運動的滑移面則對應改變，導致煤塊運動速度分布也變化。

一般S=K1×D

式中，S—螺距與直徑的比例系數，一般水平布置取0.8～1.0。取系數數值為1，則取此次下滾筒裝置的螺距為1.2m。

1.4 螺旋軸直徑

下滾筒螺旋軸直徑大小的選擇主要從以下方面考慮。首先它與螺距有密切關系，他們決定螺旋葉片的升角，還決定煤塊的滑移方向和速度的狀態分布，所以確定最合理的軸徑與螺距的關系時，應考慮螺旋面與物料的摩擦關系。

首先要物料在料槽中保持軸向的移動，要滿足以下條件：軸向速度要大于0，如果下滾筒葉片直徑較小，則還應滿足的第二個條件是：軸向速度要大于圓周速度。在滿足要求的情況下，做到結構緊湊。因為下滾筒裝置的填充系數較低，所以要保證葉片外側的物料要有比較大的軸向速度，這個軸向速度要大于速度。

軸徑的經驗公式：d1=（0.2～0.5）D

根據滾筒減速機及其傳動結構尺寸，此次下滾筒裝置的螺旋軸直徑取值為：d1=0.47×D=0.47×1.2=0.56m。

1.5 填充系數

填充系數對煤塊的輸送量大小和電機功率的消耗有很大影響。填充系數越小，物料堆積高度越低，物料靠近螺旋的外側，物料在輸送方向上的運動占主導地位，能量消耗則低；填充系數越高，煤塊運動形成的滑移面越陡，圓周方向的運動大于輸送方向的運動，就會導致輸送速度的降低，所以，填充系數一般小于0.5此次計算，經過查閱JB/T 7679標準，取φ=0.33。

1.6 傾斜角度

下滾筒裝置的傾斜角度對于下滾筒裝置有影響，體現在輸送過程的生產率大小和功率消耗多少兩個方面。下滾筒裝置的輸送能力大小是隨著傾斜角度而改變，角度變大，則輸送能力迅速降低，因為傾斜角度的增大，填充系數就會越小，進而導致輸送能力的降低。此次下鏟板的滾筒為水平布置，則系數選為1。

1.7 下滾筒裝置的轉向

由于第一運輸機在機身的中間，所以滾筒采用中心對稱，螺旋葉片向中心運輸的結構布局。

2 功率分析與計算

2.1 功率分析

新滾筒功率的消耗主要考慮以下幾個方面：第一，物料運行需要的功率；第二，設備空載運轉所需功率；第三，傾斜狀態引起的附加功率，共3個部分。

2.2 功率計算

2.2.1 下滾筒驅動功率

根據英國的埃文斯公式，單個截齒受力為：

F=16×4×4×8.7×8.7/0.79/40=614N

得，T=F×D/2=614N×1.2m÷2=368.4N·m

T總=T×N=368.4×70=25788N·m

由P=T×ω÷9550=25788×46÷9550

得P=125kW

2.2.2 下滾筒螺旋輸送功率

（1）煤機開采量：

將已知參數值代入式（1），得：

Q=60×V×ρ1×A （1）

Q min=867.9÷2=433.95t/h

（2）滾筒的質量輸送量Im：

將已知參數值代入式（2），得

Im=47×ρ×φ×（D?-d?）×S×N （2）

Im=555.11t/h≥Q=433.95t/h

下滾筒螺旋輸送能力滿足設計要求

（3）下滾筒裝置的輸送功率P：

Ph=Im×L×λ/367=761.8×3×5.4/367=33.6kW

Pn=D×L/367=1.075×3/20=0.17kW

則螺旋輸送的功率P =33.6+0.17+0=33.77kW

則P總=125+33.77×2=192.54kW

減速機效率η取0.9

電機效率η取0.9

儲備系數用k表示，取值為k=1.2～1.4。

P=1.3×192.54kW÷0.9=278kW

結語

全斷面快速掘進機的下滾筒裝置同時具有截割和運輸煤塊的作用，所以在設計時需要同時考慮它的截割機理和運輸原理及其相應的結構方式，根據整機的進尺量和開采量來確定對應的結構形式和尺寸。此種下滾筒裝置在巷道一次成形的條件下，依然具有清底效果好，運量大，速度快的優點。未來發展方向和趨勢必然是采用更小直徑的截割滾筒，其具有較低的截割振動，更強的過斷層能力，更長的使用壽命和更低的能耗比。

參考文獻

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