0、引言
可伸縮帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾適用于煤礦工作面運(yùn)輸巷中刮板轉(zhuǎn)載機(jī)與可伸縮帶式輸送機(jī)的銜接，它具有以刮板轉(zhuǎn)載機(jī)和自移機(jī)尾互為支點(diǎn)自行移動(dòng)、可伸縮帶式輸送機(jī)機(jī)尾處輸送帶的調(diào)偏、刮板轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭的調(diào)高等功能，保證順槽運(yùn)輸轉(zhuǎn)載的通暢，可滿足高產(chǎn)高效工作面高進(jìn)尺、快推進(jìn)的配套要求，是當(dāng)今煤礦長壁工作面實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的首選設(shè)備之一。
自上世紀(jì)90年代初．中國煤炭科工集團(tuán)太原研究院相繼研制了帶寬1米、1.2米和1,4米一系列結(jié)構(gòu)優(yōu)化、操作簡(jiǎn)單、可靠性及適應(yīng)性強(qiáng)的帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾，適用于各厚煤層的開采，使用效果很好。目前，隨著我國綜采工作面設(shè)備不斷地向大型化發(fā)展，順槽刮板轉(zhuǎn)載機(jī)和帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸能力也需相應(yīng)加大。為此，我們根據(jù)各煤礦的使用要求，在原自移機(jī)尾工作原理的基礎(chǔ)上，開發(fā)了DZY1600t3100型可伸縮帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾，滿足與重型綜采設(shè)備的配套要求。
1、總體設(shè)計(jì)
1.1方案設(shè)計(jì)
國內(nèi)外自移機(jī)尾的移動(dòng)方式主要有以下三種：履帶式、棘輪棘桿式和雙液壓缸式。履帶式牽引導(dǎo)向裝置有調(diào)動(dòng)靈活，但具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜特殊，故障率高；棘輪棘桿式安全可靠性差，壽命低；雙液壓缸式采用自移機(jī)尾與順槽橋式轉(zhuǎn)載機(jī)互為支點(diǎn)，不用任何外部輔助設(shè)備，自行移動(dòng)整機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠。目前我國高產(chǎn)高效綜采工作面大都采用雙液壓缸式自移機(jī)構(gòu)。
綜上所述，DZY1600/3100型可伸縮帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾采用雙液壓缸式結(jié)構(gòu)原理，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示．主要由掃煤器、皮帶支撐部、前后端架、主機(jī)架、行走小車、改向滾筒、鉸接架、滑撬及液壓缸等組成，同時(shí)配備有液壓控制系統(tǒng)和操作臺(tái)。主機(jī)架采用高強(qiáng)板整體焊接結(jié)構(gòu)，主機(jī)架與前后端架由8個(gè)的銷軸固定連接；滑行小車騎在自移機(jī)尾主機(jī)架的軌道上，可沿主機(jī)架前后滑行；折返滾筒安裝在滑行小車上，與固定式相比縮短了自移機(jī)尾整機(jī)長度，提高了其與刮板轉(zhuǎn)載機(jī)的配套性能；使用時(shí)刮板轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭部支撐在滑行小車的鉸接架上，并由固定銷軸鉸接連接，隨著工作面的推進(jìn)，刮板轉(zhuǎn)載機(jī)和滑行小車可沿主機(jī)架軌道一起前移。根據(jù)大采高順槽巷道設(shè)備布置要求及巷道底板條件，確定前后端架的支撐、調(diào)平、側(cè)移及邁步前移等各項(xiàng)參數(shù)，并根據(jù)煤層底板接地比壓、轉(zhuǎn)載機(jī)推移步距及皮帶折彎角的要求，確定自移機(jī)尾的總長13650mm;根據(jù)膠帶寬度確定自移機(jī)尾的總寬為2950mm;根據(jù)與刮板轉(zhuǎn)載機(jī)的配套要求確定鉸接架與地面高度為1280mm。
DZY1600/3100型可伸縮帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾適用于膠帶寬度1600mm的帶式輸送機(jī)，槽寬1000—1300mm的順槽轎式轉(zhuǎn)載機(jī)．截深≤1000mm的采煤機(jī)，三刀一推的作業(yè)方式，該裝置要求帶式輸送機(jī)具有自行張緊膠帶功能．當(dāng)工作面向前推移一個(gè)步距，帶式輸送機(jī)應(yīng)立即自動(dòng)張緊一次膠帶。當(dāng)滑行小車前移到極限位置時(shí)，自移機(jī)尾應(yīng)以刮板轉(zhuǎn)載機(jī)為支點(diǎn)完成一次前移。
1.2前后端架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
可伸縮帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾的前、后端架是決定自移機(jī)尾調(diào)高、邁步側(cè)移等各項(xiàng)功能的關(guān)鍵部件，根據(jù)我國特厚煤層一次采全高絕大部分煤礦順槽巷道的開拓和設(shè)備配套布置狀況，在保證關(guān)鍵零部件具有較高可靠性的前體下，合理的確定調(diào)高、側(cè)移功能的具體參數(shù)。
由于順槽巷道底板高低不平，極易造成帶式輸送機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)因傾斜而無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)．需對(duì)自移機(jī)尾主機(jī)架的某個(gè)或某幾個(gè)角抬高來進(jìn)行調(diào)平：當(dāng)需要側(cè)移主機(jī)架時(shí)，需把自移機(jī)尾主機(jī)架整體抬高使之離開巷道底板。為順利實(shí)現(xiàn)上述功能，保證調(diào)高的靈活性和穩(wěn)定性，前后端架各包含由兩個(gè)調(diào)高液壓缸，共有4個(gè)單獨(dú)控制的調(diào)高液壓缸在自移機(jī)尾主機(jī)架的4個(gè)角上協(xié)調(diào)工作。根據(jù)上述情況，同時(shí)考慮刮板轉(zhuǎn)載機(jī)與自移機(jī)尾搭接后最大高度、重量及順槽巷道底板高低不平最大變化量，確定調(diào)高液壓缸的行程為300mm，推力為4x402kN。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)為了改善調(diào)平液壓缸受力情況，提高其可靠性，在調(diào)高液壓缸筒和前后端架之間設(shè)置了導(dǎo)向套。
在自移機(jī)尾向前滑移的過程中，由于阻力不均，常會(huì)出現(xiàn)自移機(jī)尾偏移．導(dǎo)致膠帶跑偏，進(jìn)而出現(xiàn)漏煤現(xiàn)象。因此，自移機(jī)尾需有側(cè)移調(diào)偏的功能，為提高側(cè)移的靈活性和可靠性，采用液壓缸側(cè)移的機(jī)構(gòu)型式。自移機(jī)尾以滑撬為軌道，通過調(diào)高和側(cè)移液壓缸的協(xié)調(diào)伸縮，來實(shí)現(xiàn)自移機(jī)尾的邁步側(cè)向移動(dòng)，達(dá)到調(diào)偏的目的。為減小缸徑，在自移機(jī)尾前后端架的滑撬與滑靴之間分別安裝了兩個(gè)側(cè)移液壓缸，根據(jù)順槽設(shè)備布置情況、自移機(jī)尾最小寬度及所需的側(cè)移力度，確定側(cè)移液壓缸的行程及側(cè)移力其分別為200mm和245 kN。
1.3滑行小車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
滑行小車是自移機(jī)尾重要工作部件之一，其作用是支撐刮板轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭部及其架橋段，使其可在主機(jī)架軌道上前后移動(dòng)，同時(shí)接受來自轉(zhuǎn)載機(jī)的煤載，而且還是自移機(jī)尾前移的支點(diǎn)，因此，需通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)和合理選用材質(zhì)來提高小車關(guān)鍵部位的強(qiáng)度和總體剮度。它主要由車架、前輪、鉸接架、折返滾筒及改向滾筒等部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。折返滾筒安裝在小車上，減少了整機(jī)長度，相應(yīng)可以縮短配套刮板轉(zhuǎn)載機(jī)架橋段的長度，改善了自移機(jī)尾的受力狀況。為了改善滑行小車的受力情況，需要滑行小車的4個(gè)車輪在主機(jī)架軌道偏斜時(shí)仍能同時(shí)與軌道保持良好接觸，因此后輪軸與車架設(shè)計(jì)為樞軸鉸接的連接形式。
為了提高自移機(jī)尾與刮板轉(zhuǎn)載機(jī)對(duì)巷道底板高低不平或側(cè)向傾斜的適應(yīng)性，連接轉(zhuǎn)載機(jī)與滑行小車的鉸接架為多自由度設(shè)計(jì)，使自移機(jī)尾和轉(zhuǎn)載機(jī)在生產(chǎn)和推移過程中不發(fā)生干涉現(xiàn)象，且受力合理。此鉸接機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)載機(jī)相對(duì)于自移機(jī)尾既可以水平轉(zhuǎn)動(dòng)，還可縱向垂直擺動(dòng)和橫向垂直擺動(dòng)。由于傳動(dòng)部的原因，轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭部的重心在偏向減速器的一側(cè)，于是鉸接架的縱向擺動(dòng)樞軸定為偏心，使其與轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭部重心重合，保持轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭部的水平位置。
1.4主機(jī)架的設(shè)計(jì)
主機(jī)架是自移機(jī)尾的主要承載部件，是滑行小車和轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭的主要支撐體。根據(jù)主機(jī)架的作用及受力特點(diǎn)，為提高其承載強(qiáng)度和整體剛性，主機(jī)架采用整體箱型梁焊接結(jié)構(gòu)，為了得到合理的箱型梁的截面尺寸，需要進(jìn)行優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和合理選用材質(zhì)。為此，首先根據(jù)總體配套確定主機(jī)架的結(jié)構(gòu)模型，采用三位設(shè)計(jì)軟件建立主機(jī)架的結(jié)構(gòu)模型，由于受力總體為對(duì)稱載荷，確定主機(jī)架為左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)模型，其截面圖和結(jié)構(gòu)如圖3所示。
考慮結(jié)構(gòu)的大概受力情況及可焊性要求，預(yù)選B60主梁和聯(lián)接耳板的材料為WH70．其余結(jié)構(gòu)件選用優(yōu)質(zhì)低合金結(jié)構(gòu)鋼Q345。首先應(yīng)確定自移機(jī)尾滑行小車所受的來自轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭部和各架橋段及其煤的重力，然后根據(jù)滑行小車和主機(jī)架的結(jié)構(gòu)尺寸及其可在主機(jī)架軌道上可前后行走的特點(diǎn)，應(yīng)用材料力學(xué)知識(shí)對(duì)行走小車和主機(jī)架進(jìn)行受力分析，確定主機(jī)架主梁危險(xiǎn)截面位置，進(jìn)而確定滑行小車的位置。根據(jù)小車位置及受力分析，計(jì)算出小車車輪作用在主梁上力的位置及大小，考慮轉(zhuǎn)載機(jī)推移中造成動(dòng)態(tài)負(fù)荷，模擬載荷為作用力的1.5倍，應(yīng)用三位設(shè)計(jì)分析軟件，在已建模型的基礎(chǔ)上，模擬載荷和約束型式，模型經(jīng)網(wǎng)格劃分后進(jìn)行后處理計(jì)算，得到機(jī)架的應(yīng)力和位移圖解，如圖4所示。
由圖4可以看出．主機(jī)架最高應(yīng)力發(fā)生在主梁中央的上表面，其數(shù)值為380.lMpa;最大位移在主機(jī)架中央，其數(shù)值為6.88mm，遠(yuǎn)小于材質(zhì)最大允許應(yīng)力700MPa和最大允許變形20mm。通過計(jì)算，主機(jī)架有2～3倍的安全系數(shù)。
1.5液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
自移機(jī)尾采用工作面乳化液泵站為動(dòng)力源（額定壓力為31.5MPa）．系統(tǒng)設(shè)有減壓閥，工作壓力通常要求為20Mpa。為r能夠平穩(wěn)、安全、準(zhǔn)確、快速地完成其前移、調(diào)平和側(cè)移各項(xiàng)動(dòng)作，采用液壓缸為其執(zhí)行元件。液壓操作系統(tǒng)由7個(gè)兩位兩通閥分別控制在四個(gè)調(diào)平缸、兩個(gè)推移缸，兩對(duì)側(cè)移缸，而且在4個(gè)調(diào)平液壓缸進(jìn)液回路上設(shè)有液控單向閥，以保證機(jī)架維持要求狀態(tài)，而不至于機(jī)架在自重壓力下自行下落。
2、主要技術(shù)參數(shù)
適用輸送帶寬度/mm：600；推移液壓缸行程/mm：3100;最大自移推力/kN:633；額定自移推力/kN:402；調(diào)高液壓缸行程/mm:300；最大調(diào)高力/kN:633；額定調(diào)高力/kN:402;側(cè)移液壓缸行程/mm:*125;最大側(cè)移力/kN:386;額定側(cè)移力/kN:245；泵站出口壓力/MPa:31.5；液壓系統(tǒng)工作壓力/Mpa:20;外形尺寸（長×寬×高），mm：13650x2950x156：機(jī)重.t:約45t。
3、性能特點(diǎn)
DZY1600/3100型可伸縮帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾是可與重型綜采裝備配套的自移機(jī)尾，具有以下性能：①調(diào)高采用大行程結(jié)構(gòu)，能更好的適應(yīng)順槽底板的起伏；②采用改向滾筒安裝在行走小車上的結(jié)構(gòu)，使整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，布置合理，拆裝維修方便；③皮帶機(jī)導(dǎo)人機(jī)構(gòu)總能保證下回行段皮帶的正確導(dǎo)人；④采用調(diào)高油缸與導(dǎo)軌鉸接的結(jié)構(gòu)形式，改善了調(diào)高油缸的受力條件，提高了整機(jī)壽命；⑤機(jī)尾采用人字形螺旋滾筒，可將吸附在滾筒表面的污物從兩側(cè)擠出：⑥轉(zhuǎn)載機(jī)與自移機(jī)尾的鉸接回轉(zhuǎn)架采用了多自由度設(shè)計(jì)，而且采用了偏心設(shè)計(jì)，使自移機(jī)尾受力合理，提高了整機(jī)的可靠性。
4、結(jié)束語
DZY1600/3100型可伸縮帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾可與重型綜采設(shè)備配套使用，機(jī)尾每小時(shí)過煤量達(dá)4500噸，能夠達(dá)到綜采單工作面年產(chǎn)1200萬噸的生產(chǎn)要求。它的設(shè)計(jì)研究，可為煤礦實(shí)現(xiàn)特厚煤層一次采全高的開采工藝提供技術(shù)支撐，簡(jiǎn)化開采工藝及設(shè)備配套，對(duì)煤礦實(shí)現(xiàn)采煤的高產(chǎn)高效，減少投資等均能發(fā)揮重要作用。
