关于悬臂式掘进机装运机构的研究
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摘 要：本文从掘进机装运机构组成结构及工作原理入手，通过对不同结构形式的掘进机装运机构进行分析，为今后设计提供参考。
中图分类号：TD42 文献标识码：A
一、原理概述
作为综掘机械化系统主力设备的悬臂式掘进机，其工作方式基本是由掘进机、桥式转载机及梭车等各类配套设备组成，掘进机切割头把煤岩破落下来，破落下来的岩渣经装运机构，最后通过运输梭车或桥式转载机运出。
二、装运机构
悬臂式掘进机内部的装运机构由装载机构和运输机构组成。
1 装载机构
悬臂式掘进机装载机构位于悬臂段的下方，其主要功能是将切割机构分离破落下来的煤岩集中装载到刮板运输机构上。
装载机构的结构形式：按机构结构形式的不同可分为耙爪式铲板和星轮式铲板两种。
（1）耙爪式铲板
它由铲板、驱动马达或者驱动减速箱、升降油缸、对称的左右装煤耙爪和配套的偏心盘、主动圆盘组成两组曲柄摇杆机构。当两个主动圆盘相向转动时，驱动耙爪作平面复合运动。
耙爪式铲板又分为单耙爪式和双耙爪式两种，目前，为了适应不同装载要求提高装载效率，一般通过调整耙爪的尺寸参数来改变耙尖的运动轨迹，或者通过增设副爪来加大装载范围，尤其在软岩工作面的掘进机上增设副爪得到广泛的应用。
两耙爪的运动相位差为180°。当一个耙爪在耙取物料时，另一个耙爪处于回程状态，通过左、右耙爪交替耙取煤岩来提高工作效率。耙爪式铲板的主要优点是：能调整耙爪运动轨迹，将煤岩准确运送到刮板运输机构上，生产效率高，结构简单，使用可靠、耐用。
（2）星轮式铲板
它由铲板、驱动马达或者减速箱、升降油缸、左右星轮组成。
星轮式铲板的设计要与掘进机主体机构相匹配。设计参考如下：
①为保证掘进机的最大生产效率，确定装载机构参数必须保证切割机构的生产率小于装载机构的生产率。
②为了便于整机行走移动自如，其铲板的宽度需要大于两个行走履带的外宽。现在常用的铲板机构前沿设计成切刀形状，目的是为了减少铲板插入阻力。
③星轮的大径的设计要考虑到驱动装置外形尺寸和铲板尺寸。星轮小径要结合驱动装置外形尺寸考虑，在满足强度要求的基础上，星轮小径尺寸尽量小。现阶段市场上星轮的轮爪结构，主要有3爪、4爪和6爪。轮爪数量越多，装载效率越低，目前市场上的掘进机上大多数采用3爪星轮。
2 运输机构
刮板运输机是目前煤矿上主要使用的运输机构，其分类方式有以下几种：
（1）以运输机构结构形式的不同，可以分为中双链刮板输送机、中单链、边双链三种。刮板的作用是刮推溜槽内的物料，在工作时刮底清帮、防止煤粉堵塞和粘结。
圆环链按强度分为B、C、D三个等级，D级最高，B级最低。
中单链、边双链、中双链刮板输送机刮板链特点如下：
①中单链型：机槽内的刮板起导向作用，链条处在刮板中心。单链结构受力均匀，当遇到刮卡阻塞，刮板可偏斜通过。缺点是预紧力大。
②边双链型：链条和连接环在机槽内起导向作用，是在刮板两端布置链条。边双链和中单链对比，承受较大拉力，较低的预紧力，两条链子的受力不均匀。在大块较多的硬煤工作面、薄煤层以及倾斜煤层使用性能较好，拉煤能力强。
③中双链型：刮板在机槽内起导向作用，两链条中心距小于等于槽宽的20%。中双链较边双链受力均匀，预紧力适中，适用于侧卸式机头。现阶段中单链型和中双链型结构普遍适用功率大、距离远、运量大的工作面重型刮板输送机。
（2）按单电动机额定功率大小，分为轻型（P≤40kW）、中型（40kW90kW）刮板输送机。
悬臂式掘进机用刮板运输机主要是按运输机构结构形式分类，其主要功能是将铲板机构装运上来的煤岩运输到机身尾部，供给桥式转载机或者运输梭车运走。
三、装运机构的输送能力设计
1 装载机构输送能力计算：
（1）采用耙爪机构时按下式计算
式中：Q—技术生产能力，t/h；n—偏心盘转速，r/min；B—装载面宽度，即两耙爪轨迹最大距离，m；d—耙爪平均长度，即耙爪耙取堆积物料的纵向长度，m；h—耙爪平均高度，m；ρ—物料堆积堆密度，t/m3；α—装载面积系数，推荐选0.8；β—装载系数，推荐选0.75；γ—工作时间系数，推荐选0.6。
（2）采用星轮机构时按下式计算
式中：Q—技术生产能力，t/h；n—星轮工作转速，r/min；Z—星轮爪子数量，个；S—星轮爪子面积，m2；h—星轮轮爪平均高度，m；ρ—物料堆积密度，t/m3；α—装载面积系数，推荐选0.8；β—装载系数，推荐选0.75；γ—工作时间系数，推荐选0.6。
2 刮板输送机的输送能力计算：
式中Q—输送机运输能力，t/h；F—货载在溜槽中的断面积，m2；与溜槽的断面积，松散煤的动堆积角α有关。煤的动堆积角一般取20°～30°。V—刮板链运行速度，m/s；ρ—煤的松散密度；计算时，一般取ρ=（0.85～1）t/m3 ；φ—装满系数；溜槽在水平方向运输及向下方向运输时，φ取0.9～1，溜槽向上5°方向运输时φ取0.8，向上10°方向运输时φ取0.6，向上15°方向运输时取0.5。在总体设计时，刮板输送机的运输能力应大于装载机构的运输能力。
参考文献
[1]成大先.机械设计手册[K].化学工业出版社，2002.
[2]黄日恒.悬臂式掘进机[M].中国矿业大学出版社，1996.
[3]张国栋.掘进机装载机构的设计研究[J].煤炭科学技术，2006.