拱橋式機(jī)身在帶式輸送機(jī)中的應(yīng)用

宋戰(zhàn)來

(山西晉煤集團(tuán) 金鼎煤機(jī)礦業(yè)有限責(zé)任公司，山西 晉城 048006)

0 引言

帶式輸送機(jī)作為一種連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備，因具有輸送線路、輸送距離靈活多變，安裝便捷，裝卸料自由，輸送效率高，能夠滿足井下各種復(fù)雜工況等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于煤礦井下綜采工作面及大巷，承擔(dān)著井下煤和矸石的運(yùn)輸任務(wù)。帶式輸送機(jī)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)身布置在兩巷道交叉點(diǎn)，受機(jī)身帶面高度的制約，工人檢修時(shí)無法到達(dá)非行人側(cè)。鑒于此，本文結(jié)合某礦井下實(shí)際情況，通過對(duì)巷道交叉處機(jī)身進(jìn)行受力分析計(jì)算，設(shè)計(jì)了一種可橫跨輔助進(jìn)風(fēng)石門的拱橋式機(jī)身，在確保帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行的前提下，解決日常生產(chǎn)及檢修作業(yè)時(shí)無法從輔助進(jìn)風(fēng)石門橫穿到輔進(jìn)巷道另外一側(cè)的問題。

1 巷道布置

某礦井輔進(jìn)巷道寬4 500 mm，在距巷道中心680 mm處布置了一部出矸帶式輸送機(jī)，承擔(dān)著巷道掘進(jìn)過程中矸石的運(yùn)輸任務(wù)。帶式輸送機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如下：整機(jī)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為700 m，帶寬為1 000 mm，運(yùn)量為350 t/h，電機(jī)功率為90 kW，傾斜角度為0°。圖1為巷道布置，在距帶式輸送機(jī)機(jī)頭400 m處有一條輔助進(jìn)風(fēng)石門巷道，其與輔進(jìn)巷道呈90°夾角，兩巷道在交匯處形成了牛鼻子交岔點(diǎn)，此段帶式輸送機(jī)上帶面高度選用《DTⅡ(A)型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》中推薦的帶面高，支腿采用標(biāo)準(zhǔn)支腿，工人無法從輔助進(jìn)風(fēng)石門巷道橫穿輔進(jìn)巷道到達(dá)帶式輸送機(jī)非行人側(cè)進(jìn)行檢修及作業(yè)。

2 帶式輸送機(jī)機(jī)身的設(shè)計(jì)

對(duì)于目前礦方輔進(jìn)巷道生產(chǎn)中存在的問題，經(jīng)過計(jì)算分析，提出通過對(duì)輔助進(jìn)風(fēng)石門巷與輔進(jìn)巷道交岔處帶式輸送機(jī)機(jī)身進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)解決上述難題，即該段帶式輸送機(jī)機(jī)身采用“拱橋式”結(jié)構(gòu)，不僅受力合理，跨越能力強(qiáng)，而且最大限度地保證了機(jī)身下方運(yùn)輸空間。

圖1 巷道布置

帶式輸送機(jī)拱橋式機(jī)身主要包括標(biāo)準(zhǔn)支腿、標(biāo)準(zhǔn)中間架、槽型上托輥組、可調(diào)支腿、平行下托輥組、高式支腿、擋煤板、防護(hù)網(wǎng)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。拱橋式機(jī)所有零部件均由鋼結(jié)構(gòu)組成，其設(shè)計(jì)及材料均按照《DTⅡ(A)型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》中相關(guān)規(guī)定選型，強(qiáng)度和剛度能夠滿足帶式輸送機(jī)啟動(dòng)、正常運(yùn)行以及制動(dòng)不同工況的要求。

3 上帶面的設(shè)計(jì)

3.1 確定上帶面高度

根據(jù)礦方的使用需求，同時(shí)確保今后運(yùn)輸及其他施工作業(yè)能夠順利進(jìn)行，在輔助進(jìn)風(fēng)石門巷與輔進(jìn)巷道交岔處，帶式輸送機(jī)機(jī)身下方凈空間至少需要2 m，而輔助進(jìn)風(fēng)石門巷為拱形巷道，巷高為4.9 m，巷寬為4.5 m(見圖2)。為了最大限度地降低帶式輸送機(jī)機(jī)身高度，同時(shí)滿足礦方使用需求，經(jīng)過計(jì)算分析，輔助進(jìn)風(fēng)石門巷處上帶面高度設(shè)計(jì)為2 750 mm，并以輔助進(jìn)風(fēng)石門巷道中心線為基準(zhǔn)，通過設(shè)計(jì)凸凹弧段過渡，使上帶面逐漸過渡成標(biāo)準(zhǔn)高度，在不影響機(jī)身下方使用空間的情況下，降低了整機(jī)高度。

3.2 確定凸凹弧段曲率半徑

為確保輸送機(jī)空載啟動(dòng)時(shí)輸送帶不會(huì)從托輥上跳起，同時(shí)減少非標(biāo)機(jī)身的長(zhǎng)度，經(jīng)過綜合計(jì)算分析，確定兩側(cè)起弧點(diǎn)位置距輔助進(jìn)風(fēng)石門巷道中心約44 m(見圖2)，此距離為最優(yōu)起弧點(diǎn)位置。

1-標(biāo)準(zhǔn)中間架；2-標(biāo)準(zhǔn)支腿；3-可調(diào)支腿；4-槽型上托輥組；5-平行下托輥組；6-高式支腿；7-擋煤板；8-護(hù)網(wǎng)；Ⅰ-凹弧段；Ⅱ-凸弧段

3.2.1 凹弧段曲率半徑計(jì)算

凹弧段最小曲率半徑R1計(jì)算公式為：

其中：Fx為凹弧段起點(diǎn)處輸送帶張力，F(xiàn)x=44 245 N；qB為每米長(zhǎng)度輸送帶重量，qB=20.5 kg/m；g為重力加速度，取9.81 m/s2。

按照《DTⅡ(A)型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》中相關(guān)規(guī)定，經(jīng)過計(jì)算，凹弧段最小曲率半徑值介于286 m～330 m之間，本項(xiàng)目機(jī)身凹弧段的曲率半徑取值為300 m。

3.2.2 凸弧段曲率半徑計(jì)算

鋼絲繩芯輸送帶凸弧段最小曲率半徑R2計(jì)算公式為：

R2≥(100～167)B·sinλ.

其中：B為輸送帶帶寬；λ為托輥槽角，取λ=35°。

按照《DTⅡ(A)型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》中相關(guān)規(guī)定，經(jīng)過計(jì)算，凸弧段最小曲率半徑值介于57 m～96 m之間，本項(xiàng)目中輸送機(jī)凸弧段的曲率半徑取值為90 m。

4 機(jī)身結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)

4.1 支腿的設(shè)計(jì)

支腿主要用于支撐機(jī)身及物料重量，包括標(biāo)準(zhǔn)支腿、可調(diào)支腿和高式支腿。為了提高支腿及中間架的通用性與互換性，以輔助進(jìn)風(fēng)石門巷道中心線為基準(zhǔn)，支腿在兩側(cè)對(duì)稱布置，靠近標(biāo)準(zhǔn)機(jī)身處采用可調(diào)支腿，減少非標(biāo)支腿種類。

(1) 標(biāo)準(zhǔn)支腿：用于標(biāo)準(zhǔn)機(jī)身段，帶面高為1 200 mm。

(2) 可調(diào)支腿：主要由活柱、錐形楔、滑瓦和柱體組成。活柱由80×80×5方鋼與鎖體焊接而成，鎖體為鑄件與鋼板焊接加工件；錐形楔和滑瓦為精密鑄造成型件；柱體為60×60×5方鋼與板焊接的結(jié)構(gòu)件，裝配時(shí)柱體插入活柱內(nèi)，在活柱鎖緊部分的鎖體內(nèi)裝入滑瓦和錐形楔，調(diào)整活柱與柱體高度，待高度合適后，擊打錐形楔，利用滑瓦和錐形楔的雙錐形配合，擠壓活柱與柱體間隙，將活柱與柱體鎖緊，此調(diào)節(jié)方式簡(jiǎn)單快捷。

(3) 高式支腿：主要由底板、槽鋼、連接板和橫梁組成。底板與槽鋼焊接在一起，通過地腳螺栓固定在基礎(chǔ)臺(tái)階上，連接板焊接在槽鋼背面，用于固定拉桿，橫梁將左右兩側(cè)槽鋼連接在一起，增加高式支腿的穩(wěn)定性及強(qiáng)度。

4.2 中間架的設(shè)計(jì)

中間架由10#槽鋼制作而成，主要包括標(biāo)準(zhǔn)中間架和非標(biāo)中間架，其中標(biāo)準(zhǔn)中間架長(zhǎng)度為6 m，主要用于標(biāo)準(zhǔn)機(jī)身處；非標(biāo)中間架長(zhǎng)度為3 m，主要用于凸凹弧段機(jī)身，通過螺栓與支腿連接在一起。

4.3 托輥組的選型

根據(jù)《DTⅡ(A)型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》中托輥選型規(guī)定，所有輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速不超過600 r/min，帶式輸送機(jī)帶速為2.5 m/s，托輥直徑選用Ф108 mm即可;另外帶式輸送機(jī)傾角為0°，承載段選用35°槽型上托輥組，布置間距為1.2 m，凸弧段托輥組布置間距為0.6 m，下托輥采用平行下托輥組，間距為3 m。

4.4 防護(hù)裝置的設(shè)計(jì)

為防止物料落下傷人，在輔助進(jìn)風(fēng)石門巷處機(jī)身下方設(shè)有擋煤板和護(hù)網(wǎng)。其中擋煤板安裝在中間架上方，通過槽型托輥組中的螺栓固定在中間架上；護(hù)網(wǎng)安裝在平行下托輥組下方，固定在高式支腿上，可同時(shí)防止帶式輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)物料掉落傷人。

5 結(jié)語

本項(xiàng)目帶式輸送機(jī)機(jī)身設(shè)計(jì)為“拱橋式”，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于井下安裝，減少了礦建施工量，目前已經(jīng)在煤礦井下成功應(yīng)用，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，增加了巷道交岔口處有效空間。拱橋式機(jī)身的設(shè)計(jì)開發(fā)，解決了巷道交岔處行人及運(yùn)輸作業(yè)困難的難題，確保了出矸系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。該結(jié)構(gòu)機(jī)身在井下的成功應(yīng)用，為類似工況條件巷道或使用需求礦井提供了很好的借鑒。