EBZ260掘進(jìn)機(jī)第一運(yùn)輸機(jī)設(shè)計(jì)分析

摘要：本文描述了掘進(jìn)機(jī)第一運(yùn)輸機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以EBZ260型掘進(jìn)機(jī)第一運(yùn)輸機(jī)為例進(jìn)行了結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的計(jì)算，分析了在實(shí)際中的使用問題，并提出改進(jìn)措施，旨在為日后研究提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論數(shù)據(jù)，以供參考。

關(guān)鍵詞：掘進(jìn)機(jī)；設(shè)計(jì)：結(jié)構(gòu)

DOI：10.12433/zgkjtz.20240132

掘進(jìn)機(jī)設(shè)備按作業(yè)面為部分?jǐn)嗝婧腿珨嗝婢蜻M(jìn)機(jī)，是一種集合煤巖破碎、收集、運(yùn)輸一體化高度集成的設(shè)備。其中，懸臂式縱軸掘進(jìn)機(jī)較為主流，第一運(yùn)輸機(jī)位于機(jī)體中部，橫穿在本體內(nèi)部，前端通過銷軸與鏟板和本體相連，后端通過的高強(qiáng)螺栓固定在本體上，同時(shí)與地面成一定角度布置，這一角度與運(yùn)輸物料的松散程度安息角有一定關(guān)系。根據(jù)煤機(jī)行業(yè)的實(shí)際礦用要求，第一運(yùn)輸機(jī)也發(fā)生了較大變化，在材料選擇上，更傾向于強(qiáng)度更大的高強(qiáng)鋼。針對接料設(shè)備的多樣化，第一運(yùn)輸機(jī)的整體結(jié)構(gòu)也有很大的調(diào)整。對于鏈速和運(yùn)貨能力的提速，其驅(qū)動(dòng)體現(xiàn)出更大、更強(qiáng)的趨勢。

一、主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

以EBZ260懸臂式掘進(jìn)機(jī)的第一運(yùn)輸機(jī)的結(jié)構(gòu)為例，如圖1所示，第一運(yùn)輸機(jī)一般由溜槽結(jié)構(gòu)、刮鏈組件、驅(qū)動(dòng)裝置、漲緊裝置等主要組件組成。第一運(yùn)輸機(jī)溜槽結(jié)構(gòu)整體采用二體結(jié)構(gòu)時(shí)，分為前溜槽、后溜槽；當(dāng)采用三分結(jié)構(gòu)時(shí)，分為前溜槽、中間溜槽、后溜槽；中間使用高強(qiáng)度螺栓連接或連接塊結(jié)構(gòu)加高強(qiáng)度螺栓。第一運(yùn)輸機(jī)溜槽結(jié)構(gòu)從本體部中間穿過，貫穿于整個(gè)機(jī)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(yùn)輸設(shè)備主要采用刮板鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，常用的有邊雙鏈結(jié)構(gòu)、中雙鏈結(jié)構(gòu)、中單鏈結(jié)構(gòu)。漲緊裝置采用油缸張緊加彈簧緩沖結(jié)構(gòu)，通過改變主動(dòng)輪與從動(dòng)輪的中心距調(diào)節(jié)刮板鏈的松緊程度。

驅(qū)動(dòng)裝置主要由低速大扭矩液壓驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、鏈輪、刮板鏈組、脫鏈器等組成。液壓馬達(dá)分為單馬達(dá)或雙馬達(dá)，主要區(qū)別在于雙馬達(dá)提供更大的動(dòng)力輸出。馬達(dá)通過花鍵直接驅(qū)動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，鏈輪輪齒與刮扳鏈咬合，帶動(dòng)鏈條做直線運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)物料運(yùn)輸。第一運(yùn)輸機(jī)的驅(qū)動(dòng)部件還可以采用電動(dòng)機(jī)加減速機(jī)的形式：驅(qū)動(dòng)裝置中的電機(jī)與減速機(jī)相連接，減速機(jī)安裝在驅(qū)動(dòng)架結(jié)構(gòu)上，減速機(jī)輸出軸通過齒輪或鍵帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)鏈輪，完成驅(qū)動(dòng)過程。電機(jī)為三相異步電動(dòng)機(jī)，電機(jī)軸與驅(qū)動(dòng)軸方向垂直，也可于驅(qū)動(dòng)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(jī)，減速比一樣，體積更小，更節(jié)省空間。兩種形式的驅(qū)動(dòng)部件適用不同工況及使用條件，應(yīng)結(jié)合實(shí)際選擇。

刮板鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)主要分為邊雙鏈和中雙鏈。刮板鏈主要由鏈環(huán)和刮板組成，根據(jù)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(jìn)機(jī)中有更多的使用。中單鏈由刮板、圓環(huán)鏈連接環(huán)、螺栓、螺母等組成，分為U型螺栓式和壓板式結(jié)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)根據(jù)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(yùn)料時(shí)會(huì)發(fā)生抖動(dòng)，且越靠近鏈輪抖動(dòng)幅度越大，刮板鏈會(huì)漏掉部分煤石，降低運(yùn)輸效率；邊雙鏈結(jié)構(gòu)在抖動(dòng)和回煤的問題上要優(yōu)于中雙鏈，但邊雙鏈不適用于刮板運(yùn)輸機(jī)需要左右擺動(dòng)變動(dòng)的工況。第二，中雙鏈的鏈輪結(jié)構(gòu)與連接方式與邊雙鏈也不相同，中雙鏈兩側(cè)有花鍵座保護(hù)內(nèi)部花鍵隔絕水和油的有害介質(zhì)。而邊雙鏈通過半圓聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)，密封效果較差，油水介質(zhì)可通過螺栓孔和縫隙進(jìn)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(yīng)性較好，鏈環(huán)的尺寸較小，但兩種型式鏈條受力不均勻。

二、基本參數(shù)計(jì)算

在初步進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)，第一運(yùn)輸機(jī)在掘進(jìn)機(jī)中的作用較重要，直接關(guān)系到物料運(yùn)輸?shù)男Ч?，是重要的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。因此，需要計(jì)算第一運(yùn)輸機(jī)的生產(chǎn)能力及受力，以EBZ260為例，簡述設(shè)計(jì)計(jì)算過程。

（一）生產(chǎn)能力計(jì)算

其中：ψ為第一運(yùn)輸機(jī)裝滿系數(shù)，根據(jù)第一運(yùn)輸機(jī)傾角、煤巖條件、溜槽結(jié)構(gòu)等，ψ取值0.7。

F為第一運(yùn)輸機(jī)截面積

其中：掘進(jìn)機(jī)槽寬B=600mm

有效高度h=336mm

υ為第一運(yùn)輸機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)速

其中：鏈輪節(jié)圓直徑d=279

為第一運(yùn)輸機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)速

其中：

q1為馬達(dá)總流量=110L/min

q2為馬達(dá)排量=800mL×2

η取0.95

n=65rpm

υ=0.95m/s

（二）第一運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行阻力計(jì)算

其中：

q0為單位長度刮板鏈組質(zhì)量=80kg/m

g為重力加速度=9.8m/s

f1為刮板鏈摩擦系數(shù)=0.25

L為溜槽長度=7m

β為運(yùn)傾角=9°

q為單位長度溜槽的物料質(zhì)量=650kg/m

W為物料摩擦系數(shù)=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(yùn)輸機(jī)馬達(dá)牽引力計(jì)算

其中：

M為馬達(dá)提供的扭矩

其中：

p差為馬達(dá)工作油路前后壓差=18.5MPa

q排為馬達(dá)本身的排量=800mL/r

η1為油泵容積效率=0.95

η2為馬達(dá)效率=0.95

M=2137Nm

d=279mm

F牽=4×2137/d=30637N

功率倍數(shù)：W=F牽/F阻=30637/23180=1.29＞1.2的功率備用系數(shù)，且數(shù)值較接近，選型可靠且經(jīng)濟(jì)。

三、常見故障分析

第一運(yùn)輸機(jī)是掘進(jìn)機(jī)運(yùn)送物料的關(guān)鍵部件，是鏟板收集的物料輸送到后續(xù)第二運(yùn)輸機(jī)和皮帶機(jī)的橋梁，對于掘進(jìn)機(jī)工作具有關(guān)鍵作用。目前，掘進(jìn)機(jī)的第一運(yùn)輸機(jī)經(jīng)常發(fā)生驅(qū)動(dòng)力不足、卡鏈和跳鏈等現(xiàn)象，同時(shí)驅(qū)動(dòng)裝置問題造成停車，井下維修困難且相應(yīng)配件運(yùn)送成本較高。

（一）驅(qū)動(dòng)力不足

1.故障原因分析

經(jīng)過實(shí)地研究發(fā)現(xiàn)，在掘進(jìn)機(jī)迎頭工作面工作時(shí)。為了滅塵，操作人員會(huì)開啟掘進(jìn)機(jī)的內(nèi)外噴霧裝置，水霧能很好地減少揚(yáng)塵，確保迎頭工作面的清晰可見。但隨著現(xiàn)場底板煤矸石的濕潤度增加，細(xì)小煤矸石、灰塵和土與水形成類似水泥的混濁泥漿，當(dāng)星輪旋轉(zhuǎn)上貨時(shí)，會(huì)進(jìn)入各個(gè)部件的縫隙，加大從動(dòng)鏈輪工作阻力。當(dāng)溜槽上貨后，壓鏈板與中間板之間鏈槽隨著刮板鏈運(yùn)動(dòng)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(yùn)輸?shù)淖枇Γ瑫r(shí)泥漿隨著刮板被帶到驅(qū)動(dòng)裝置等各個(gè)部位，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)力不足，沒有動(dòng)力儲(chǔ)備的現(xiàn)象。經(jīng)過實(shí)際工況對比，在掘進(jìn)大角度俯角作業(yè)時(shí)，容易出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)力不足的現(xiàn)象，如果此種問題經(jīng)常發(fā)生，一旦過載嚴(yán)重，會(huì)發(fā)生悶車風(fēng)險(xiǎn)，甚至破壞驅(qū)動(dòng)裝置的馬達(dá)，其他構(gòu)件變形，出現(xiàn)磨損特別嚴(yán)重提前報(bào)廢的問題。

2.卡鏈和跳鏈

在掘進(jìn)機(jī)使用過程中，卡鏈和跳鏈現(xiàn)象很常見，主要原因有：

第一，鏟板與第一運(yùn)輸機(jī)之間存在相對運(yùn)動(dòng)，刮板鏈的從動(dòng)輪跟著鏟板繞本體上的鉸接點(diǎn)做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致刮板鏈中心距不斷變化，當(dāng)鏟板處于不同狀態(tài)時(shí)，需要調(diào)節(jié)鏈條松緊度。當(dāng)位于后溜槽上的張緊裝置不能有效補(bǔ)償鏈條長度時(shí)，極易發(fā)生跳鏈。

第二，刮板鏈組在溜槽內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，鏈組兩側(cè)均有張緊裝置。當(dāng)兩側(cè)鏈組張緊調(diào)節(jié)不同步時(shí)，會(huì)導(dǎo)致兩側(cè)鏈條長短不一致。當(dāng)主動(dòng)鏈輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)發(fā)生跳鏈故障。同時(shí)，短鏈條側(cè)因承受重負(fù)荷，受較大的應(yīng)力，容易引起斷鏈。

第三，鏈條與鏈輪運(yùn)動(dòng)時(shí)存在瞬時(shí)沖擊載荷，長期在沖擊振動(dòng)下使用，會(huì)嚴(yán)重磨損鏈輪磨損，鏈輪溝槽變形后，節(jié)距產(chǎn)生變化，導(dǎo)致鏈條運(yùn)行一段時(shí)間后發(fā)生跳鏈現(xiàn)象。

第四，工況特殊時(shí)，煤巖濕潤、黏度大的含砂土等工況場合，鏈環(huán)上的物料難以脫落，堆積在刮板達(dá)不到的溜槽邊緣角落。堆積時(shí)間長，堆積量變大后刮板運(yùn)行出現(xiàn)卡滯，發(fā)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(shí)，會(huì)發(fā)生卡鏈。

第六，未做到及時(shí)和按時(shí)檢修，刮板鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)出場調(diào)試時(shí)，會(huì)調(diào)整鏈條松緊，表現(xiàn)出較好的運(yùn)行狀態(tài)。但到礦上使用一段時(shí)間后，鏈條會(huì)因?yàn)檩d荷局部的變形，包括與主動(dòng)輪、從動(dòng)輪的磨損，甚至鏈條和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)掛滿煤矸石泥漿和砂土等雜物，導(dǎo)致鏈條松弛，產(chǎn)生各種跳鏈和卡鏈現(xiàn)象。

（二）鏈條抖動(dòng)大

鏈條在拖動(dòng)刮板推料時(shí)抖動(dòng)，當(dāng)受沖擊載荷的影響時(shí)，鏈條抖動(dòng)幅度更加劇烈，越靠近驅(qū)動(dòng)裝置抖動(dòng)幅度越大。小的煤矸石會(huì)因?yàn)槎秳?dòng)從溜槽縫隙中泄露，返回工作面地板上，而較大的煤矸石會(huì)因?yàn)槎秳?dòng)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(xiàn)象會(huì)影響上貨效率，鏈條抖動(dòng)主要因?yàn)殒湱h(huán)不能貼緊拖料鋼板，同時(shí)鏈條結(jié)構(gòu)存在瞬時(shí)沖擊，當(dāng)鏈條靠近主動(dòng)鏈輪時(shí)，各部位速度不一致、不連續(xù)，所以鏈條會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，但不正常的抖動(dòng)與馬達(dá)狀態(tài)、鏈條張緊狀態(tài)等都有一定的關(guān)系。

四、改造方案

（一）動(dòng)力馬達(dá)更新升級(jí)

根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)升級(jí)動(dòng)力。使用雙馬達(dá)驅(qū)動(dòng)已成為主流的一種配置，雙驅(qū)動(dòng)提升功率的儲(chǔ)備可以提升產(chǎn)品的使用性能，降低悶車故障，讓兩側(cè)鏈板有更足的力道。使用更加強(qiáng)勁的“心臟”——馬達(dá)，配備更加大扭矩低轉(zhuǎn)速大排量的馬達(dá)，提升強(qiáng)勁的瞬時(shí)動(dòng)力輸出。

（二）防卡鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對于卡鏈可以改進(jìn)第一運(yùn)輸機(jī)結(jié)構(gòu)，調(diào)整壓鏈板與溜槽的連接方式。鏈板間隔是固定數(shù)值，較小的壓鏈高度會(huì)頻繁發(fā)生卡鏈、跳鏈故障。較高的壓鏈高度會(huì)導(dǎo)致壓不住鏈條的抖動(dòng)，鏈條不能平穩(wěn)地傳遞物料。采用彈簧壓力欲緊的結(jié)構(gòu)，使壓鏈板與溜槽不再焊接，預(yù)設(shè)彈簧的壓力值，調(diào)整壓鏈板的高度，適應(yīng)復(fù)雜工況，避免出現(xiàn)卡鏈。

（三）其他結(jié)構(gòu)改進(jìn)

第一，提高梁的抗拉強(qiáng)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(qiáng)確保刮板連組整體運(yùn)行的穩(wěn)定性、改善壓鏈板通過性，并降低刮板的損耗量。

第二，從動(dòng)輪處增加脫鏈器，提高刮泥效果清理效果，降低鏈條帶泥進(jìn)入溜槽和驅(qū)動(dòng)組件內(nèi)部。

第三，回轉(zhuǎn)變向裝置滿足二級(jí)裝運(yùn)物料機(jī)構(gòu)對接時(shí)，掘進(jìn)機(jī)出料位置經(jīng)常變化，需要調(diào)整機(jī)尾，前后溜槽通過銷軸鉸接，使用擺動(dòng)油缸調(diào)整左右角度。同時(shí)，選用中單鏈鏈組和專用張緊裝置。

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作者簡介：林敏（1984），女，黑龍江省佳木斯市人，中級(jí)工程師，學(xué)士，主要研究方向?yàn)槊旱V機(jī)械設(shè)計(jì)與研究。