礦用直角轉盤刮板輸送機關鍵部件設計研究

王長青

（山西華陽集團新能股份有限公司一礦機電工區， 山西 陽泉 045008）

引言

目前，隨著煤礦資源的大量開采，刮板輸送機作為重要的煤礦開采設備，已被廣泛應用于煤礦開采中。傳統的綜采工作面煤炭輸送的方式主要有兩種：刮板輸送機與順槽用刮板轉載機端卸式和刮板輸送機與順槽用刮板轉載機交叉側卸式。這兩種方式是由工作面的刮板輸送機和順槽轉載機（含破碎機）組成，將煤卸載到皮帶機的膠帶上。經過兩次卸載能量消耗高、功率損耗大，并且底鏈回煤量多，煤塵量大。針對此些問題，傳統的刮板輸送機已無法滿足當前煤礦的高效率生產需求。因此，設計了一套直角轉彎大功率重型刮板輸送一體機，對其結構特點、主要性能參數及關鍵部分進行了設計研究，提出了幾點設備中零部件的拆卸及維護要求。

1 當前刮板輸送機主要故障原因分析

1.1 刮板輸送機及驅動鏈輪失效原因

刮板輸送機是綜采工作面中重要的采煤設備，它的主要作用是將采煤機采集得到的煤礦物料進行輸送。另外，刮板輸送機還是采煤機軌道、液壓支架移動的支點。所以刮板輸送機是否可以安全可靠的運行，直接決定著煤礦開采過程的連續性。從機械結構角度刮板輸送機主要由支撐結構、鏈輪、刮板、圓環鏈等部分構成[1]。由于煤礦井下工作環境復雜，以上這些機械結構件工作時容易發生各種故障問題。在所有的故障問題中驅動鏈輪的磨損失效最常見。

1.2 斷鏈故障原因

由于受到制作刮板輸送機鏈條材料的使用限制，在長時間運行后，鏈條就會出現堆積或下垂的情況。如果此時不及時更換，很容易造成鏈條斷裂發生。斷鏈的原因主要為鏈條在高負荷裝載環境中，鏈條間的耦合所受到的負載力較大，受力也不均勻，會出現點蝕、磨損；在運輸煤炭物料時，物料容易發生掉落，造成鏈條的縫隙被卡住，但是電動機持續輸出動力，使鏈條容易發生斷裂。

2 直角轉盤刮板輸送機結構特點分析

直角轉彎大功率重型刮板輸送一體機將傳統的刮板輸送機和轉載機合二為一，采用單鏈將轉載機機頭和刮板輸送機機尾通過直角轉盤處直接連接起來。省去了輸送機機頭部分爬坡提升，煤流由刮板輸送機機尾經直角轉盤處平穩輸送到轉載機上。采用此結構省去了刮板輸送機機頭傳動部和轉載機機尾鏈輪，并且減少了爬坡提升的能量損失，節省功率，機頭裝煤效果遠超過傳統刮板輸送機，大大減少了底鏈回煤量，并且能夠有效地降低煤塵量。

同時，直角轉盤刮板輸送機是將刮板輸送機與轉載機設計為一體，轉載機的傳動裝置同時也是刮板輸送機的機頭傳動裝置，使刮板輸送機與轉載機有機地結合在一起。在原刮板輸送機機頭的地方，設計為轉盤直角，用轉盤直角機構將刮板輸送機與轉載機有機結合在一起[2-3]。

減少了刮板輸送機與轉載機搭接機構，減化了刮板輸送機的機頭結構，優化了刮板輸送機與采煤機的配合，使刮板輸送機與轉載機達到同步運行的效果。直角轉盤刮板輸送機結構示意圖如下頁圖1所示。

圖1 直角轉盤刮板輸送機結構示意圖

3 直角轉盤刮板輸送機基本參數設計

根據煤礦的實際工況特點，以當前成熟的刮板輸送機為基礎，利用相關計算公式，對直角轉彎大功率重型刮板輸送一體機中的關鍵參數進行了設計，設備的關鍵參數如下所示：

1）設計長度：219 m（刮板機）+40 m（轉載部）。

2）輸送量：最大為2 000 t/h。

3）裝機功率：2×855 kW，額定電壓為3 300 V。

4）電動機型號：YBSS-855BP（變頻，滿足最大啟動轉矩2.5 倍）。

5）減速器型號：HB-KPL-45，速比為39∶1。

6）控制方式：變頻控制。

7）中部槽：雙面可翻轉溜槽（中板厚度50 mm）+底擋板結構，長度為1 500 mm。

8）轉盤式：轉盤直徑1 700 mm，工作面輸送與順槽輸送連接。

9）緊鏈方式：液壓馬達緊鏈和機頭、機尾伸縮輔助緊鏈（行程各600 mm）。

10）鏈輪組件：TK56×175-6Z 型沙克鏈輪組件（脂潤滑方式）。

11）刮板鏈：TK 56×175 型圓環鏈和接鏈環；鍛造刮板材質為40Mn2。

12）刮板間距：700 mm。

13）齒軌：6 mm×126 mm 整體鍛造齒軌。

4 直角轉盤刮板輸送機中關鍵部件結構設計

4.1 直角轉盤組件設計

直角轉盤組件作為一體機的一個主要部分，主要用在工作面和順槽之間轉運區域，轉盤組件沿著其轉角來導引煤流。轉盤是一個堅固的結構件，轉盤軸上裝配有4 個重型軸承，轉盤組件與工作面順槽的連接通過過渡槽實現，兩端有與工作面輸送部和順槽輸送部溜槽配套的接口；轉盤組件安裝在工作面刮板輸送機與順槽轉載機之間。自由旋轉的轉盤組件中的轉盤是從動輪，由通過的刮板的末端帶動。轉盤處沒有驅動機構，工作面和順槽的輸送機鏈條由一體機機頭的電機驅動運行。同時，轉盤組由一個襯套軸、一對軸承、密封件、兩個轉盤和固定件組成。兩個轉盤分為上轉盤和下轉盤，分別為上刮板鏈和下刮板鏈刮板提供轉向支撐，使刮板鏈順利實現轉彎。所示設計的直角轉盤組件方案圖如圖2 所示。

圖2 直角轉盤組件示意圖

4.2 可張緊伸縮機尾設計

可張緊伸縮機尾是刮板輸送機的驅動站，用于驅動輸送機上的下刮板鏈。機尾的側壁上有安裝減速器的法蘭板。減速器可以安裝在機尾架的左端或右端。機尾架側壁上有可伸縮的導軌，此些導軌可以將機尾架伸長600 mm，兩個液壓缸可以產生足夠使刮板輸送機鏈條張緊的力，實現刮板鏈的張緊。機頭和機尾架上各連接有一個中心潤滑系統，可以同時為機架兩側的軸承提供黃油潤滑。為了避免在液壓缸移動時伸縮機架的堵塞，機架上配備了沖洗系統。所設計的可張緊伸縮機尾方案如圖3 所示。

圖3 可張緊伸縮機尾方案圖

4.3 刮板鏈組件設計

為了保證煤炭由刮板輸送機順利進入轉載機，確保轉盤的正確性和安全操作性，采用單鏈刮板鏈組件，刮板的間距不允許超過規定值。本一體機設計為每四環安裝一個刮板，刮板間距為700 mm。必須使用合適的螺母，在上緊的位置，螺母須低于刮板自身的高度。且螺栓需要交替緊固，以保證刮板、E 型螺栓等零件安裝到位，有效避免在槽內運行時卡絆現象的發生。刮板鏈組件方案如圖4 所示。

圖4 刮板鏈組件方案圖

4.4 雙面可翻轉溜槽設計

新型的雙面溜槽主要由底擋板、中部槽、底板、電纜槽、齒軌、扣環等組成。采用雙面槽這種特殊設計制造，允許其雙向運輸，當溜槽中板上表面磨損嚴重出現刮卡時，只需把溜槽擋鏟板、底板拆開，上下翻轉安裝，并重新安裝即可使用，實現延長中部槽的使用壽命的目的。新型雙面溜槽較上一代雙面的溜槽相比，結構完全對稱，可任意翻轉，并且翻轉部分的重量更輕，擋鏟板部分安裝更便捷。其結構示意圖如下頁圖5 所示。

圖5 雙面可翻轉溜槽結構方案

4.5 單鏈沙克鏈輪設計

傳統鏈輪為整體鍛造，在實際運行時出現了外齒形磨損嚴重、整個鏈輪體報廢等失效現象。為此，借鑒了當前相對成熟的結構，采用了一種單鏈沙克鏈輪，通過結構創新，將鏈輪齒排設計為可拆卸式的結構類型。當外齒形磨損嚴重時，只需更換齒排即可，具有操作方便、使用壽命較長、更換方便等優點，大大降低了設備的使用成本。其結構方案如圖6 所示。

圖6 單鏈沙克鏈輪

5 關鍵部件的維護保養

5.1 可張緊伸縮機尾拆卸及維護要求

1）根據可張緊伸縮機尾結構特點，在后期運行時，加油工作應該最少一周進行一次。當機尾架上的壓鏈塊磨損后，須及時進行更換，只需要擰松上面的螺栓即可。

2）系統允許通過已有的沖洗嘴來沖洗張緊路線間隙，軟管必須保持連接，沖洗工作應該最少一周進行一次。

3）在快速操作鏈輪和刮板等結構時，需打開拆卸箱，此時，拆卸箱的兩瓣即可打開。前滑蓋非常容易打開，為此，桿的中心點朝上，然后蓋可以推回去。為便于操作阻鏈器，機架安有后滑蓋。后滑蓋的打開和閉合和前滑蓋類似[4-5]。

4）為快速操作鏈輪和刮板等零件，可先安裝鏈輪后，再安裝撥鏈器和舌板，并在安裝口處旋轉進機架里，然后用機架桿將撥鏈器下部后面的凹部鎖定。最后，將螺栓頭插入機架上螺栓固定器的合適的孔里。然后將帶孔的舌板推到螺栓上并且用螺母固定。

當軸組移去后鏈條舌板的正確拆卸順序如圖7所示。

圖7 鏈條舌板的正確拆卸順序圖

5.2 雙面可翻轉溜槽的拆卸及維護要求

針對雙面可翻轉溜槽的拆卸，確定了如下拆卸過程：

1）松開兩側的螺母并移去連接底擋板以及耐磨件的螺栓鎖件。

2）移去特制螺栓，耐磨件就可以按箭頭所示方向旋轉180°。如果耐磨件兩側都磨損就將其換掉。

3）用栓銷和螺絲把底擋板和耐磨板安裝到一起。

4）為了檢查一體機底鏈運行情況，維修更換刮板和接鏈環，設計了開口槽和開口底擋板，同樣在轉載部分也設計了開口槽，每隔7 節中部槽安裝一節開口窗槽。

5）為中部槽連接環位于靠近溜槽底板的中心，每一個連接環的破斷力高達5 000 kN.連接環非常容易安裝和拆卸，無須使用專用工具。

6）為中部槽啞鈴銷組件位于靠近中板的中心處。每一個中部槽啞鈴銷的破斷力達到3 000 kN 個別達到4 500 kN。中部槽啞鈴銷易于安裝，無須專用工具。

6 結語

直角轉彎大功率重型刮板輸送一體機的設計，解決了當前設備能量消耗高、功率損耗大、煤塵量大、生產效率低等問題，是當前刮板輸送機升級發展的重要方向。根據煤礦生產任務情況，針對性地設計了直角刮板輸送機相關性能參數，保證設備各部件的運行效率，更是企業及設計單位重點考慮問題。同時，設備運行時，也需重點其關鍵部位進行維護、保養，保證設備的高效安全運行。該設備的設計開發，也更加符合當前智能化煤礦設備的發展趨勢，極大提高了設備的卸煤效果，保證了設備的運行穩定性，降低了費用支出，實際應用價值較大。