井下煤流轉載機中心線自動校準裝置研究

2020-10-14 07:30:30段連杰

煤礦現代化 2020年6期

段連杰

（陜西黃陵二號煤礦有限公司,陜西延安727307）

0 引言

橋式轉載機是國內外機械作業中采煤輸送系統較為普遍應用的一種中間式轉載輸送設備，橋式輸送帶轉載機也是機械化挖掘工作輸送系統的構成部分，將轉載機的機頭設置在帶式輸送機尾部的跑道上與帶式輸送機直接連接，其主要功能就是當作業面前進或綜掘機前進或停止時，轉載機也隨之發生一定距離的位移，能夠不必反復的縮短或延長帶式輸送機的長度，從而在一定程度簡化了流程，推進采煤的挖掘速度，大大提高工人的現場生產率[1]。因為煤炭現場生產環境極端復雜，道路起伏等狀況，導致轉載機的中心線和帶式輸送機的中心線無法正確校準，導致帶式運輸機尾部偏離正常軌道，降低了現場作業的工作效率，造成煤大量推擠在落煤處[2，3]。為了有效解決轉載機的中心線無法正確重合的問題，本文主要是對井下煤流轉載機中心線自動校準裝置進行設計，從而提高中心線的校準，降低落煤情況的發生。

1 井下煤流轉載機中心線自動校準裝置

1.1 設計前提

本文設計的井下煤流轉載機中心線自動校準裝置所涉及到的設備主要包括EBZ390型挖掘機、DZQ90/50/31型橋式轉載機、DSP1181/670型皮帶輸送機，相關的技術參數如下[4]。EBZ390第一輸送機的主要參數包括：溜槽尺寸：610mm（寬）×640 mm（高），運輸能力：9m/min，鏈速：1.2m/s，馬達功率：3×20kW。DZQ90/50/31型橋式轉載機（第二輸送機）的主要參數：帶寬：B=900mm，運輸能力：500t/h，帶速：3.6m/s，功率：14kW。DSP1181/670型皮帶輸送機的主要參數：帶寬B=900mm，產量為130t/h，帶速為1.8m/s，功率為80kW。因為帶寬B=900mm，在橋式皮帶轉載機和皮帶輸送機之間的落煤位置會有一部分的煤落在皮帶兩邊，導致皮帶輸送機的裝煤效率降低，煤大量推擠在落煤處，增加工作人員的任務量。在實際生產過程中，挖掘機用于間歇性產煤，且實際產煤量遠遠小于皮帶的輸送能力。綜上所述，可以利用在橋式皮帶轉載機和皮帶輸送機之間過渡的落煤裝置解決其中心線的校準問題。

1.2 傳感器的選定及其夾具的設計

在傳統的井下煤流轉載機中心線自動校準裝置中，主要是利用專用卡具與尺子進行測量，測量過程是一種完全式的手工操作，極易造成較大誤差、操作流程復雜、精確度和自動化水平較低等狀況[5]。針對現場的實際狀況，本次井下煤流轉載機中心線自動校準裝置的設計中，綜合考慮了設備體積、重量、安全性、自動化、精確度等一系列要求，最終采取HY-69020R數碼直線位移傳感器，該傳感器借助一個MAX492模塊，能夠直接和DSP芯片的串口模塊有效連接[6]。且該傳感器的敏感度較高，具備耐高溫、耐高壓、耐腐蝕、耐油、耐水等特征[7]。考慮到現場測量數據以及體積等問題，有效測量距離設為20 mm，測量的精確度0.001 mm，滿足本文要求的井下煤流轉載機中心線自動校準要求。

井下煤流轉載機中心線自動校準裝置的連接結構基本相同，不同井下煤流轉載機中心線自動校準測量中能夠利用同一套傳感器夾具[8]。在實際應用過程中，率先將帶中心線校正基準的卡具測估面設置在基準軸上，再把傳感器夾具安裝在被測部件軸上，兩個傳感器之間彼此穩固在傳感器夾具內，使兩個傳感器對準測估面的水平面，促使傳感器的敏感頭壓進一半以上深度。

1.3 輸送機概況

本文設計裝置所用輸送機屬于高速重載機械設備，采用大塊度帶式輸送機，總長達2500 m，塊度在400～600 mm之間，運輸噸量5000 t/h，帶速5 m/s，最大傾角約10°，帶寬1500 mm，輸送帶型號PVG2300[9]。另外受機頭煤倉的施工手段、技術要求、現場環境等諸多方面的限制，輸送機在距離機頭200m處迅速轉載到另一條長度為700 m，帶寬為1800 mm的帶式輸送機上。因而必須增設一套中間轉載裝備。該中間轉載裝置的具體要求：首先卸料必須實現完全干凈，不可以出現將物料輸送至機頭的現象，發生機頭煤倉被砸、施工人員受傷等意外事故；其次，必須滿足高速重載前提下大煤塊輸送機的正常運行；最后，必須滿足轉載安全迅速，不會發生輸送帶破損等其他事故，而且可以達到無人看守，解放勞動力的目的[10]。

1.4 專用落煤裝置結構

專用落煤裝置結構一共由控煤漏斗、行走設置、連接設置、防掉道設置4個部分構成，如圖1所示。

控煤漏斗所用裝備是一個由厚度為20 mm的鋼板直接焊接成的2級收口式漏斗，長度大概有1200 mm，第1級收口的漏斗上寬1280 mm，下寬900 mm，在第1級和第2級收口的漏斗結合處的兩邊通過一共長×寬×厚=1200 mm×200 mm×30 mm的鋼板，將第2級收口的漏斗控制在上寬900 mm、下寬500 mm，從而形成一共內部中空的控煤漏斗，借助螺栓將控煤漏斗固定在行走裝置上。

圖1 專用落煤裝置

行走設置是由一共厚度達20 mm的鋼板直接焊接為下開口長×寬×高=900 mm×280 mm×300 mm的長方體，以滿足在長方體內可以設置2個直徑為300 mm，寬200 mm的行走輪，間距達580 mm，行走設置是控煤漏斗的主要承重柱、行走構件，為確保控煤漏斗的平衡度達標，行走裝置必須安裝在控煤漏斗的內部中間位置。行走設置上的平面需利用螺栓使之與控煤漏斗有效連接，行走輪需設在帶式輸送機的尾部[11]。

為實現專用落煤裝置可以隨著橋式轉載機完成同步移動，利用2塊寬200 mm、厚20 mm的鋼板分別將專用落煤設置的行走裝備與橋式轉載機頭的行走設置連為一體，使其分別固定在專用落煤設備的行走裝備和橋式轉載機頭的行走裝備的行走輪上，且可以上下移動，方便當現場施工環境的坡度發生變化時可以及時調整。連接鋼板長度的確定，需要按照橋式轉載機輸出端口煤流拋物曲線的一系列分析，橋式轉載機上輸送煤炭的初速度2.4 m/s，機頭架滾軸和專用落煤裝備下的落煤高度差需控制在530～800 mm（此結果是假設橋式轉載機上的堆煤高度為200mm）[12]，通過一系列的計算能夠獲取到落煤點距離機頭架滾軸的最近距離為500 mm，最遠距離為700 mm。考慮到落煤處在專用落煤裝備中的實際分布情況及橋式轉載機頭轉動角度的變動對落煤點產生的影響，再加上橋式轉載機的上下擺動并不受其他因素的影響，需把機頭架滾軸和專用落煤裝備的最近距離設計為400 mm，因而專用落煤裝備的行走裝備的行走輪和橋式轉載機頭的行走裝備的行走輪間距為1000 mm，連接鋼板的實際長度最后確定為1000mm。

1.5 建立發動機與傳動箱之間中心線校正數學模型

模型發動機與傳動箱之間利用聯軸器完成有效連接，兩軸的中心線位置相對偏差具體有四種，即在上、下、左、右位置上的直向位移與傾斜位移，大致如圖2所示。

圖2 兩軸線在空間的相對位置

如圖2所示，以傳動箱的中軸線即甲軸為基準，Y偏差與Z偏差設為發動機終端中軸線即乙軸，同時也代表了其相對于甲軸的直向位移；α角與β角代表乙軸相對于甲軸的傾斜位移（即端面偏差）。偏差可以利用設置在軸末端的校正工具進行精準測量。兩軸中心線直向位移以直向偏差來代表，兩軸中心線傾斜位移以兩軸的端末偏差來指代，如圖3和圖4所示。

圖3 徑向偏差

圖4 乙軸傾斜時的端面偏差

上直徑距離以JS來表示，下徑直徑距離以JX來表示，H表示兩軸間的直接距離，為使兩軸線可以精準重合，可讓乙軸相抵或升高H距離，換而言之可以增加或減少乙軸的調節墊厚度為H。經過一系列的計算后，H為正值則表示需要加墊，H為負值則表示需要減墊。

如圖4所示，L為乙軸兩端之間固定支架的實際距離，M代表為乙軸中心線到測量直徑基準面的實際距離，DS為上兩端面的距離，DX為下兩端面的實際距離，DD'為乙軸頭墊的實際數值，CC'為乙軸尾墊的實際數值，DC為乙軸兩端固定支架的實際距離。由上圖可知，一旦兩軸線只存在于傾斜位移的話，需滿足以下公式：

因為在實際安裝檢修過程中，兩個軸線可能會同時出現傾斜位移和直向位移的情況，因而，在實際校正過程中，需要將公式（1）、（2）、（3）進行合并，從而獲取以下兩個公式：

公式（4）、（5）中的JX、JS、DS、DX、M、R、L七個數據中，JX、JS、DS、DX在實際測量過程中必須將其轉變為校正儀卡具測量基準面的直徑界面與端面上、下界面，將測量卡具根據以上要求組裝完成后，就可以測出這四個數據。而對于井下煤流轉載機的底盤，M、R、L三個數值是不變的，代入以上公式后，能夠獲取到井下煤流轉載機中心線自動校準裝置內的發動機和傳動箱中心線的校正模型。