EBZ260掘進機第一運輸機設計分析

摘要：本文描述了掘進機第一運輸機的結構特點，以EBZ260型掘進機第一運輸機為例進行了結構數據的計算，分析了在實際中的使用問題，并提出改進措施，旨在為日后研究提供實踐經驗和理論數據，以供參考。

關鍵詞：掘進機；設計：結構

DOI：10.12433/zgkjtz.20240132

掘進機設備按作業面為部分斷面和全斷面掘進機，是一種集合煤巖破碎、收集、運輸一體化高度集成的設備。其中，懸臂式縱軸掘進機較為主流，第一運輸機位于機體中部，橫穿在本體內部，前端通過銷軸與鏟板和本體相連，后端通過的高強螺栓固定在本體上，同時與地面成一定角度布置，這一角度與運輸物料的松散程度安息角有一定關系。根據煤機行業的實際礦用要求，第一運輸機也發生了較大變化，在材料選擇上，更傾向于強度更大的高強鋼。針對接料設備的多樣化，第一運輸機的整體結構也有很大的調整。對于鏈速和運貨能力的提速，其驅動體現出更大、更強的趨勢。

一、主要結構特點

以EBZ260懸臂式掘進機的第一運輸機的結構為例，如圖1所示，第一運輸機一般由溜槽結構、刮鏈組件、驅動裝置、漲緊裝置等主要組件組成。第一運輸機溜槽結構整體采用二體結構時，分為前溜槽、后溜槽；當采用三分結構時，分為前溜槽、中間溜槽、后溜槽；中間使用高強度螺栓連接或連接塊結構加高強度螺栓。第一運輸機溜槽結構從本體部中間穿過，貫穿于整個機架；前溜槽通過銷軸孔與鏟板銷軸相連；后端依靠后支撐座與后支撐架體相連。礦用運輸設備主要采用刮板鏈式結構，常用的有邊雙鏈結構、中雙鏈結構、中單鏈結構。漲緊裝置采用油缸張緊加彈簧緩沖結構，通過改變主動輪與從動輪的中心距調節刮板鏈的松緊程度。

驅動裝置主要由低速大扭矩液壓驅動馬達、鏈輪、刮板鏈組、脫鏈器等組成。液壓馬達分為單馬達或雙馬達，主要區別在于雙馬達提供更大的動力輸出。馬達通過花鍵直接驅動鏈輪轉動，鏈輪輪齒與刮扳鏈咬合，帶動鏈條做直線運動，從而實現物料運輸。第一運輸機的驅動部件還可以采用電動機加減速機的形式：驅動裝置中的電機與減速機相連接，減速機安裝在驅動架結構上，減速機輸出軸通過齒輪或鍵帶動驅動鏈輪，完成驅動過程。電機為三相異步電動機，電機軸與驅動軸方向垂直，也可于驅動軸方向平行，此種垂直布置方式可以采用行星輪系加錐齒輪的減速機，減速比一樣，體積更小，更節省空間。兩種形式的驅動部件適用不同工況及使用條件，應結合實際選擇。

刮板鏈式結構主要分為邊雙鏈和中雙鏈。刮板鏈主要由鏈環和刮板組成，根據鏈條與刮板的連接位置分為中單鏈、中雙鏈和邊雙鏈。其中，邊雙鏈型式在掘進機中有更多的使用。中單鏈由刮板、圓環鏈連接環、螺栓、螺母等組成，分為U型螺栓式和壓板式結構。驅動結構根據刮板鏈組的型式而有所不同：第一，中雙鏈刮板鏈需要異性特殊的螺栓連接，刮板與溜槽托板縫隙較大，運料時會發生抖動，且越靠近鏈輪抖動幅度越大，刮板鏈會漏掉部分煤石，降低運輸效率；邊雙鏈結構在抖動和回煤的問題上要優于中雙鏈，但邊雙鏈不適用于刮板運輸機需要左右擺動變動的工況。第二，中雙鏈的鏈輪結構與連接方式與邊雙鏈也不相同，中雙鏈兩側有花鍵座保護內部花鍵隔絕水和油的有害介質。而邊雙鏈通過半圓聯軸器結構，密封效果較差，油水介質可通過螺栓孔和縫隙進入腐蝕花鍵，減少花鍵的使用壽命。第三，雙中鏈形式對比邊雙鏈型式，雙鏈布置在刮板中間，對溜槽水平彎曲和垂直彎曲的適應性較好，鏈環的尺寸較小，但兩種型式鏈條受力不均勻。

二、基本參數計算

在初步進行方案設計時，第一運輸機在掘進機中的作用較重要，直接關系到物料運輸的效果，是重要的生產經濟指標。因此，需要計算第一運輸機的生產能力及受力，以EBZ260為例，簡述設計計算過程。

（一）生產能力計算

其中：ψ為第一運輸機裝滿系數，根據第一運輸機傾角、煤巖條件、溜槽結構等，ψ取值0.7。

F為第一運輸機截面積

其中：掘進機槽寬B=600mm

有效高度h=336mm

υ為第一運輸機驅動鏈輪轉速

其中：鏈輪節圓直徑d=279

為第一運輸機驅動鏈輪轉速

其中：

q1為馬達總流量=110L/min

q2為馬達排量=800mL×2

η取0.95

n=65rpm

υ=0.95m/s

（二）第一運輸機運行阻力計算

其中：

q0為單位長度刮板鏈組質量=80kg/m

g為重力加速度=9.8m/s

f1為刮板鏈摩擦系數=0.25

L為溜槽長度=7m

β為運傾角=9°

q為單位長度溜槽的物料質量=650kg/m

W為物料摩擦系數=0.8

F阻=650×9.8×7×（0.25×cos9+sin9）+80×9.8×

7×（0.8×cos9+sin9）=23180N

（三）第一運輸機馬達牽引力計算

其中：

M為馬達提供的扭矩

其中：

p差為馬達工作油路前后壓差=18.5MPa

q排為馬達本身的排量=800mL/r

η1為油泵容積效率=0.95

η2為馬達效率=0.95

M=2137Nm

d=279mm

F牽=4×2137/d=30637N

功率倍數：W=F牽/F阻=30637/23180=1.29＞1.2的功率備用系數，且數值較接近，選型可靠且經濟。

三、常見故障分析

第一運輸機是掘進機運送物料的關鍵部件，是鏟板收集的物料輸送到后續第二運輸機和皮帶機的橋梁，對于掘進機工作具有關鍵作用。目前，掘進機的第一運輸機經常發生驅動力不足、卡鏈和跳鏈等現象，同時驅動裝置問題造成停車，井下維修困難且相應配件運送成本較高。

（一）驅動力不足

1.故障原因分析

經過實地研究發現，在掘進機迎頭工作面工作時。為了滅塵，操作人員會開啟掘進機的內外噴霧裝置，水霧能很好地減少揚塵，確保迎頭工作面的清晰可見。但隨著現場底板煤矸石的濕潤度增加，細小煤矸石、灰塵和土與水形成類似水泥的混濁泥漿，當星輪旋轉上貨時，會進入各個部件的縫隙，加大從動鏈輪工作阻力。當溜槽上貨后，壓鏈板與中間板之間鏈槽隨著刮板鏈運動帶上很多的泥漿，堵塞鏈子與上下壓板之間的空隙，增大刮板運輸的阻力，同時泥漿隨著刮板被帶到驅動裝置等各個部位，導致驅動力不足，沒有動力儲備的現象。經過實際工況對比，在掘進大角度俯角作業時，容易出現驅動力不足的現象，如果此種問題經常發生，一旦過載嚴重，會發生悶車風險，甚至破壞驅動裝置的馬達，其他構件變形，出現磨損特別嚴重提前報廢的問題。

2.卡鏈和跳鏈

在掘進機使用過程中，卡鏈和跳鏈現象很常見，主要原因有：

第一，鏟板與第一運輸機之間存在相對運動，刮板鏈的從動輪跟著鏟板繞本體上的鉸接點做回轉運動，導致刮板鏈中心距不斷變化，當鏟板處于不同狀態時，需要調節鏈條松緊度。當位于后溜槽上的張緊裝置不能有效補償鏈條長度時，極易發生跳鏈。

第二，刮板鏈組在溜槽內做往復運動，鏈組兩側均有張緊裝置。當兩側鏈組張緊調節不同步時，會導致兩側鏈條長短不一致。當主動鏈輪同步轉動時，會發生跳鏈故障。同時，短鏈條側因承受重負荷，受較大的應力，容易引起斷鏈。

第三，鏈條與鏈輪運動時存在瞬時沖擊載荷，長期在沖擊振動下使用，會嚴重磨損鏈輪磨損，鏈輪溝槽變形后，節距產生變化，導致鏈條運行一段時間后發生跳鏈現象。

第四，工況特殊時，煤巖濕潤、黏度大的含砂土等工況場合，鏈環上的物料難以脫落，堆積在刮板達不到的溜槽邊緣角落。堆積時間長，堆積量變大后刮板運行出現卡滯，發生卡鏈。

第五，煤矸石較大，破碎度差，較大的物料卡在龍門位置時，會發生卡鏈。

第六，未做到及時和按時檢修，刮板鏈式結構出場調試時，會調整鏈條松緊，表現出較好的運行狀態。但到礦上使用一段時間后，鏈條會因為載荷局部的變形，包括與主動輪、從動輪的磨損，甚至鏈條和運動機構掛滿煤矸石泥漿和砂土等雜物，導致鏈條松弛，產生各種跳鏈和卡鏈現象。

（二）鏈條抖動大

鏈條在拖動刮板推料時抖動，當受沖擊載荷的影響時，鏈條抖動幅度更加劇烈，越靠近驅動裝置抖動幅度越大。小的煤矸石會因為抖動從溜槽縫隙中泄露，返回工作面地板上，而較大的煤矸石會因為抖動而從高處跌落到較低的刮板上，滾落到靠近龍門的位置，等待更大的煤矸塊將其推出。這種現象會影響上貨效率，鏈條抖動主要因為鏈環不能貼緊拖料鋼板，同時鏈條結構存在瞬時沖擊，當鏈條靠近主動鏈輪時，各部位速度不一致、不連續，所以鏈條會產生抖動，但不正常的抖動與馬達狀態、鏈條張緊狀態等都有一定的關系。

四、改造方案

（一）動力馬達更新升級

根據實際設計升級動力。使用雙馬達驅動已成為主流的一種配置，雙驅動提升功率的儲備可以提升產品的使用性能，降低悶車故障，讓兩側鏈板有更足的力道。使用更加強勁的“心臟”——馬達，配備更加大扭矩低轉速大排量的馬達，提升強勁的瞬時動力輸出。

（二）防卡鏈結構設計

對于卡鏈可以改進第一運輸機結構，調整壓鏈板與溜槽的連接方式。鏈板間隔是固定數值，較小的壓鏈高度會頻繁發生卡鏈、跳鏈故障。較高的壓鏈高度會導致壓不住鏈條的抖動，鏈條不能平穩地傳遞物料。采用彈簧壓力欲緊的結構，使壓鏈板與溜槽不再焊接，預設彈簧的壓力值，調整壓鏈板的高度，適應復雜工況，避免出現卡鏈。

（三）其他結構改進

第一，提高梁的抗拉強度，提高梁的抗彎彎矩，刮板通過熱處理方法提高抗彎能力。刮板抗彎能力增強確保刮板連組整體運行的穩定性、改善壓鏈板通過性，并降低刮板的損耗量。

第二，從動輪處增加脫鏈器，提高刮泥效果清理效果，降低鏈條帶泥進入溜槽和驅動組件內部。

第三，回轉變向裝置滿足二級裝運物料機構對接時，掘進機出料位置經常變化，需要調整機尾，前后溜槽通過銷軸鉸接，使用擺動油缸調整左右角度。同時，選用中單鏈鏈組和專用張緊裝置。

參考文獻：

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作者簡介：林敏（1984），女，黑龍江省佳木斯市人，中級工程師，學士，主要研究方向為煤礦機械設計與研究。