王佃武，宋福來

（1.中國煤炭科工集團太原研究院有限公司，山西 太原 030006；2.神木匯森涼水井礦業(yè)有限責任公司，陜西 榆林 719319）

1 引言

膠帶轉(zhuǎn)載機是煤礦井下掘進作業(yè)重要的配套設(shè)備。在綜合機械化掘進工藝中，通常采用懸臂式掘進機、橋式膠帶轉(zhuǎn)載機、可伸縮膠帶機的配套形式。橋式轉(zhuǎn)載機為中段懸空的整體剛性結(jié)構(gòu)，其跨距一般在20～30 m，與可伸縮膠帶機機尾部搭接短，對巷道起伏變化適應性差，而且在掘進過程中需要頻繁拉移機尾、延伸膠帶，影響整個掘進效率[1]。

近年來，掘錨一體機這種高效機組在神東乃至整個蒙陜礦區(qū)得到快速推廣，掘進速度的提升對后配套轉(zhuǎn)載運輸設(shè)備的能力要求不斷提高。2012 年，中國煤炭科工集團太原研究院啟動了以掘錨機為龍頭的單巷快速掘進系統(tǒng)的開發(fā)，需研制一種新型膠帶轉(zhuǎn)載機進行配套，其設(shè)計參數(shù)為：最大運輸能力1 600 t/h，帶寬1 m，搭接長度不小于50 m，以降低系統(tǒng)設(shè)備調(diào)動和延伸膠帶的頻次，滿足日進50 m 煤巷高效快速掘進的要求。

2 技術(shù)要求

移動式膠帶轉(zhuǎn)載機的組成及配套方式如圖1 所示。

圖1 移動式膠帶轉(zhuǎn)載機的組成及配套方式

移動式膠帶轉(zhuǎn)載機在掘錨機的牽引下跟隨掘錨機移動，高效可靠地轉(zhuǎn)載煤炭，形成連續(xù)運輸。移動式膠帶轉(zhuǎn)載機整機由兩部分組成，主體部分為膠帶機，由若干桁架鉸接連接，相鄰兩節(jié)之間可上下擺動，架體下方布置行走膠輪在地面上行走，能適應地面的起伏變化。主體部分后方連接履帶側(cè)卸單元，其作用為將煤流再次側(cè)卸到可伸縮膠帶機。履帶側(cè)卸單元同時具有行走功能，以保持與主體部分的運動搭接，并在必要時牽引主體部分退機。由于巷道空間要求，履帶側(cè)卸單元的高度和寬度需控制在3.5 m和1.5 m 內(nèi)，具有250 mm 的離地間隙，具有良好的通過性。

3 總體方案

履帶側(cè)卸單元結(jié)構(gòu)如圖2 所示，履帶側(cè)卸單元主要由履帶底盤、軌道組件、移動小車、側(cè)卸部、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等組成。軌道組件連接在底盤上，移動小車在軌道組件上滑動，移動小車前端連接膠帶轉(zhuǎn)載機卸載滾筒，后端連接側(cè)卸部，軌道組件下方布置電氣系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)。

本設(shè)備集轉(zhuǎn)運、行走、供電、供液于一體，結(jié)構(gòu)緊湊，主要采用了以下技術(shù)保障設(shè)備的成功研發(fā)：①采用整機重心數(shù)字化分析技術(shù)，可以控制整機重心位置變化，設(shè)備穩(wěn)定性好。②研制具有糾偏功能的底盤，可對膠帶機在巷道中的位置進行強制糾偏，適應性強。③利用高度勢能，優(yōu)化側(cè)卸轉(zhuǎn)載路徑，實現(xiàn)無動力轉(zhuǎn)載。④集成組合式動力負荷中心，對成套快速掘進系統(tǒng)各設(shè)備供電進行控制。

4 部件設(shè)計

4.1 底盤總成

履帶側(cè)卸單元底盤結(jié)構(gòu)如圖2 所示。履帶側(cè)卸單元底盤總成主要由履帶架組、驅(qū)動裝置、導向裝置、履帶鏈糾偏裝置、前支撐裝置組成，其研究重點是糾偏裝置的結(jié)構(gòu)。履帶側(cè)卸單元自重約14 t，承受膠帶轉(zhuǎn)載機卸料部質(zhì)量約5 t；側(cè)卸部和移動小車可在軌道組件上前后滑動1.5 m，因此設(shè)備重心時刻為變量，設(shè)備自身體積較小，整機寬度1.5 m，根據(jù)履帶行走設(shè)備相關(guān)標準，履帶接地長度需控制在1.6 m 內(nèi)。充分運用數(shù)字化模擬分析技術(shù)，模擬整機的工作狀態(tài)，調(diào)整底盤連接點位置，實現(xiàn)重心位置在合理范圍內(nèi)變化。

圖2 履帶側(cè)卸單元

膠帶機在實際掘進中存在跑偏現(xiàn)象，在履帶側(cè)卸單元上設(shè)置了糾偏機構(gòu)，糾偏機構(gòu)在馬蒂爾機構(gòu)基礎(chǔ)上進行了創(chuàng)新，利用前點支撐后點推移原理，保證糾偏機構(gòu)的實用性和可靠性，同時，該糾偏機構(gòu)可將設(shè)備抬離地面，方便進行履帶張緊、加注黃油等維護保養(yǎng)工作。

圖3 履帶側(cè)卸單元底盤

4.2 側(cè)卸部研究

側(cè)卸部為本機的主要工作機構(gòu)，與移動小車后部連接，利用皮帶運轉(zhuǎn)過程中煤流的速度慣性、側(cè)卸部與順槽皮帶高度差以及煤炭的合理轉(zhuǎn)載路徑，實現(xiàn)煤炭的無動力拋灑轉(zhuǎn)載，落煤口設(shè)有可調(diào)導流板，可以根據(jù)實際情況調(diào)整煤流方向。轉(zhuǎn)載路徑設(shè)計是煤炭能否順利轉(zhuǎn)載的關(guān)鍵，通過動力學分析，確定轉(zhuǎn)載水平轉(zhuǎn)角為45°，垂直方向角度為30°，實現(xiàn)最短轉(zhuǎn)載路徑、最小轉(zhuǎn)載高度設(shè)計。料斗物料通過性動力學仿真如圖4 所示。

圖4 料斗物料通過性動力學仿真

4.3 軌道組件、移動小車研究

根據(jù)膠帶轉(zhuǎn)載機與履帶側(cè)卸單元的相互運動關(guān)系，設(shè)計滑動軌道與移動小車。軌道組件長4.5 m，其中軌道有效長度為3 m，軌道組件為單跨結(jié)構(gòu)，采取高強板箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計。

移動小車主要由滾輪組件和車架組成，滾輪組件與軌道相連，上方布置球鉸承載膠帶轉(zhuǎn)載機卸料部。移動小車前后有效移動距離1.5 m，前后端設(shè)置行程開關(guān)，防止小車脫軌。

5 系統(tǒng)設(shè)計

5.1 駕駛操作系統(tǒng)

履帶側(cè)卸單元上部設(shè)置駕駛室，操作人員坐在駕駛室里操作設(shè)備，實現(xiàn)設(shè)備的啟停、移動、姿態(tài)調(diào)整等功能。利用人機工程學設(shè)計方法，根據(jù)中國成年男性的體側(cè)數(shù)據(jù)，通過建立人體三維運動學模型，進行運動仿真，對操縱系統(tǒng)與司機肢體可觸及范圍進行匹配，對駕駛室顯示器、液壓操縱桿、電氣操作按鈕合理布局和優(yōu)化設(shè)計，從而能確保司機舒適、高效地操縱設(shè)備。為了給司機提供良好的人機界面，采用12 寸液晶彩色顯示屏進行設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控，顯示設(shè)備運行數(shù)據(jù)、信息，全面掌握設(shè)備的運行狀態(tài)。

5.2 電氣系統(tǒng)

履帶側(cè)卸單元承擔成套快速掘進系統(tǒng)所有設(shè)備供電中轉(zhuǎn)任務，因此，機載一臺四回路動力負荷中心，輸出回路采用400 A 真空接觸器。供電形式采用1 140 V、50 Hz，主電控箱控制泵站電機和皮帶轉(zhuǎn)載機電機，內(nèi)置變頻調(diào)速模塊。履帶側(cè)卸單元的移動與掘錨機的行走互鎖，履帶側(cè)卸單元司機確認后掘錨機才能行走，保證系統(tǒng)操作人員安全；軌道前后設(shè)置行程開關(guān)以防移動小車脫軌，行程開關(guān)觸發(fā)后，設(shè)備停止行走，重新行走需要解鎖。

5.3 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)采用開式變量系統(tǒng)，液壓泵為軸向柱塞變量泵，采取恒功率+壓力切斷+負載敏感控制方式，恒功率設(shè)定值為45 kW，保護泵站電機不過載運轉(zhuǎn)；壓力切斷設(shè)定值為28 MPa，限制液壓系統(tǒng)不超壓運行；負載敏感控制根據(jù)負載需求自行調(diào)節(jié)流量，實際輸出流量僅為負載所需，節(jié)能環(huán)保。行走采用高速馬達+減速機方式，控制閥為負載敏感閥，實現(xiàn)設(shè)備行走的無級調(diào)速。

5.4 水冷噴霧系統(tǒng)系統(tǒng)

設(shè)備設(shè)計了水冷噴霧系統(tǒng)，主要用于冷卻液壓系統(tǒng)、變頻器、卸料部的降塵，采用電磁閥控制，與皮帶機滾筒聯(lián)動，實現(xiàn)皮帶機啟停時的自動通、斷水。

6 結(jié)語

針對高效快速掘進工作面運輸系統(tǒng)轉(zhuǎn)載的要求，研制出自移膠帶轉(zhuǎn)載機及其履帶側(cè)卸單元，對巷道掘進運輸轉(zhuǎn)載設(shè)備革新進行了一次有益嘗試。整機配套掘錨綜合機組，在神東大柳塔礦使用，平均月進尺達1 400 m[2]，最高月進尺達到2 500 m，各項性能指標達到了預期目標。