（机械制造及其自动化专业论文）薄煤层胶带机自移机尾的设计开发.pdf

论文题目：薄煤层胶带机自移机尾的设计开发 专业：机械制造及其自动化 硕士生：朱伟( 签名) 指导教师：李建华( 签名) 摘要 随着煤矿综采机械化的发展，很多适于矿井开采的中厚、厚煤层逐渐减少，而我国 的中薄煤层分布广泛，为了保证资源的可持续利用，薄煤层的开采成为煤炭企业关注的 热点。自移机尾是工作面顺槽运输设备的重要组成部分，用来连接桥式转载机和输送机， 是工作面高产高效的保证。 薄煤层胶带机自移机尾是与薄煤层开采相配套的设备之一，其设计开发已成为薄煤 层开采技术中重要的研究课题。本文研究了基于自移机尾与转载机搭接配套后的高度为 1 6 m 的薄煤层胶带机自移机尾整机结构的设计开发。 根据薄煤层生产要求，利用s o l i d w o r k s 三维软件进行自移机尾的设计开发。对自移 机尾的主要承载部件一机架的强度进行理论计算校核，结合机械系统动力学分析软件 a d a m s 对自移机尾的机架进行动力学分析。 基于井下胶带机的实际运行数据，对薄煤层胶带机自移机尾中的固定折返滚筒进行 了设计，确定滚筒的各项技术参数，并对其强度进行校核。 该自移机尾采用液压控制系统，通过液压缸的动作实现自移机尾的自移、调偏和调 高功能。针对以往机尾使用过程中出现的润滑不足，设计了集中润滑系统，为了解决机 尾磨损严重问题，最终选用导料槽耐磨材料。 最后通过井下工业性试验表明：到目前为止，过煤量已经超过4 0 万吨，各项功能 达到设计要求。该型白移机尾可以满足薄煤层综采工作面设备的配套和使用要求。 关键词：薄煤层自移机尾；机架；液压系统；润滑；磨损 研究类型：应用研究 su b je c t：d e s i g na n dd e v e l o p m e n tt h em o b i l eb e l tt a i lp i e c eo ft h i n c o a is e a m s p e c i a l t y ：m e c h a n i c a l m a n u f a c t u r ea n da u t o m a t i z a t i o n n a m e：z h u 、i i n s t r u c t o r ：l ij i a n h u a a b s t r a c t ( s i g n a t u r e ) ( s i g n a t u r e ) w i t ht h ed e v e l o p m e n to fm e c h a n i z e do fc o a lm i n e ，m a n yl e s st h i c ka n dt h i c kc o a ls e a m o fm i n ew h i c hs u i t a b l ef o re x p l o i t a t i o na r er e d u c e d ，m i n i n go ft h i nc o a ls e a mw i l lb et a k e n i n t oc o n s i d e r a t i o n am o b i l eb e l tt a i lp i e c eo ft h i nc o a ls e a mi so n eo ft h ea n c i l l a r ye q u i p m e n t s ，i t sd e s i g n h a sb e c o m ea ni m p o r t a n tr e s e a r c ht o p i c t h et h e s i si n t r o d u c e st h ed e s i g no ft h ew h o l e s t r u c t u r eo ft h em o b i l eb e l tt a i lp i e c e sw h i c hb a s e do nt h eh e i g h to f1 6 mt h a tm o b i l eb e l tt a i l p i e c e sa n dr e p r i n tl a pa f t e rm a t c h i n g a c c o r d i n gt ot h i ns e a mp r o d u c t i o nr e q u i r e m e n t s ，t h em o b i l eb e l tt a i lp i e c eo ft h i nc o a l s e a mi s d e s i g n e du s i n gt h r e e d i m e n s i o n a l s o f t w a r eo ft h es o l i d w o r k s t h et h e o r e t i c a l c a l c u l a t i o na n dt h es t r e n g t ho fv e r i f i c a t i o na r ed e d u c e dt ot h em a i nc o m p o n e n t so ft h et a i l ， a n dt h ed y n a m i ca n a l y s i si sm a d eb yt h em e c h a n i c a ls y s t e md y n a m i c sa n a l y s i ss o f t w a r eo f a d a m s b a s e do nt h em i n eb e l tm a c h i n ea c t u a lp e r f o r m a n c ed a t a t h ef i x e dr e e n t r a n td r u mi s d e s i g n e do ft h em o b i l eb e l tt a i lp i e c e so ft h i nc o a ls e a m ，a n dt h et e c h n i c a lp a r a m e t e ri s e n s u r e d ，a n di t si n t e n s i t yi sc h e c k e d i tu s e sh y d r a u l i cc o n t r o ls y s t e m s ，w h i c hc o n t r o l st h eh y d r a u l i cc y l i n d e r sr u nt or e a l i z e t h es e l f - m o v i n g ，a d j u s t i n gd e v i a t i o na n dh i g h t h ec e n t r a l i z e dl u b r i c a t i o ns y s t e mi sd e s i g n e d t os o l v et h ep r o c e s so fi n s u f f i c i e n tl u b r i c a t i o n a n dt h ew e a rr e s i s t a n c em a t e r i a lo ft h e c o n d u c t e df e e dt r o u g hi sc h o s et or e s o l v et h es e r i o u sp r o b l e m si nt h em o b i l eb e l tw e a r k e yw o r d s ：m o b i l eb e l tt a i lp i e c e so ft h i nc o a ls e a m p e d e s t a lm a i ng i r d e r h y d r a u l i cs y s t e m l u b r i c a t i o n w e a r t h e s i s ：a p p l i c a t i o nr e s e a r c h 妻料技丈学 学位论文独创性说明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不 包含其他人或集体己经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科 技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对 本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者微。杀伟醐：埘豆。 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期 间论文工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以 将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位 论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者獬：料 特教师雠： 1 绪论 1 1 本课题研究背景 1 绪论 煤炭是我国国民经济和社会发展的基础，一卣以来其在我国一次能源生产和消费结 构中始终占据7 0 左右。据困家能源部门预测，剑2 0 1 0 年煤炭还将存我国一次能源牛 产和消费结构中占6 0 左右，即使到2 0 5 0 年仍将占5 0 以上。由此可见，在未来相当 长的一个时期内，煤炭仍将是我国的主要能源之。据统计2 0 0 0 年全罔煤炭总量为9 9 亿吨，2 0 0 1 年1 1 0 亿吨，2 0 0 2 年煤炭产量尽管达到了1 3 9 亿吨仍彳i 能满足需求。当前 快速增长的经济，对煤炭丌采工业发展提出了更高的要求。 随着科学技术的发展，我同在滚筒采煤机、液压支架、大运力刮板输送机、自移机 尾、胶带输送机及辅助配套设备的研究中取得了突破性的进展，并将这些成果j 避用丁综 采设备上，大大的提高了国内综采机械化安仝性和j 靠性。近些年，我国中厚煤层、厚 煤层的开采技术已经跨入了世界先进的行列，有砦技术处十世界领先水半，但中薄煤层 的，f ：采技术，我国还是处在发展阶段。 胶带机白移机尾是综合机械化采煤工作面顺槽运输设备之一【2 】，用来连接桥式转载 机和顺槽胶带机，具有自移、调偏和调高等功能，调整冈地面不平整、载荷不均等原因 造成的胶带跑偏，具有转载机推移方向校正功能，实现了综采工作面落煤、装煤、支护、 破碲及运煤机械化，满足了高产高效工作面的要求。自移机尾与转载机的配套如图1 1 所示。 图1 1 臼移机尾与转载机的配套图 可伸缩带式输送机是井下顺槽的主要运输设备，其生产效率的高低将直接影响采 煤工作面的生产效率i3 1 。我国是一个煤层赋存条件复杂的国家，各矿区广泛分布着薄煤 层，多年来我国将综合机械化的重点放在中厚煤和厚煤层上。随着煤矿机械化的发展， 很多矿井适于综机开采的中厚、厚煤层逐渐减少，薄煤层的丌采必在考虑之列。相对于 中厚煤层，厚煤层，在薄煤层开采方面显得技术相对落后。除部分矿井的工作面使用了 液压支架和单体液压支柱外，机械化水平仍较低，多数工作面仍停留于炮采的水平。 目日仃我国薄煤层开采中存在的主要问题是： ( 1 ) 工作面工作环境条件差，多数工作仍是单体支柱支护、放炮落煤、手工装煤。 西安科技大学硕士学位论文 工人劳动强度大，安全生产条件差。 ( 2 ) 生产效率低。由于采高限制了采煤机的使用，工作面使用人力较多，工作面 单产低、效率低； ( 3 ) 掘进率高，单产低，降低了企业的经济效益。 由于上述原因，薄煤层机械化的问题在我国长期以来没有得到解决。随着东部煤炭 资源的消耗和近年来技术的发展，中西部的一些老矿区，多年来强化开采了中厚煤层和 厚煤层，相当一部分煤矿可供开采的中厚煤层、厚煤层相对减少。要延长矿区的开采年 限，不得不考虑薄煤层的开采问题。薄煤层机械化的问题引起了更多企业的重视。另外， 一些矿区有些薄煤层虽然薄，但煤质属于稀有煤种，价格高，亦是必须考虑开采的范围。 同时从技术上考虑煤层的安全开采或均衡生产，煤炭企业也应考虑到薄煤层的开采问 题。从而研制适用于薄煤层的自移机尾，提高综采的高产高效意义深远。 1 2 本课题研究的意义 由于我国地理结构复杂，煤层赋存不同，很多矿区广泛分布着薄煤层，为进一步提 高煤炭资源回收率，实现企业可持续发展，本着薄厚煤层搭配、长短工作面相结合的原 则，提出了薄煤层胶带机白移机尾的设计开发。首先，通过对矿区的薄煤层开采进行了 规划，并开展了薄煤层采掘设备的选型工作。其次，为了克服引进设备费用昂贵，配件 组织周期长，维修困难等缺点，公司决定自行研制配合6 0 0 0 m 长薄煤层胶带机自移机尾。 该设备全部采用国产材料、标准件、通用件，减少国外、国内厂家开发费用，缩短生产 周期，并在设计中考虑维护性，大大降低维护及维修费用，该产品的研制，可带来的经 济效益明显： ( 1 ) 配合加长工作面，减少搬家倒面的效益。 薄煤层自移机尾配套延长工作面，减少工作面搬家次数。神东矿区的工作面长度一 般为2 4 0 2 5 0 米，采高按1 8 米计算，日产1 2 万吨的工作面每日推进2 5 米，3 5 0 0 米的 工作面仅能丌采1 4 0 个工作日，每年按2 5 5 个工作同计算，套设备每年需要搬迁2 次。 如果工作面走向长度增加到6 0 0 0 米，每个工作面可开采2 4 0 天，每年仅搬迁一次，按 每2 年减少一次搬迁计算，每年每套设备直接减少搬迁费用1 2 5 万元，延长设备开机率。 ( 2 ) 自主开发的直接效益。 进口一个普通型自移机尾，以配套3 0 0 0 米长胶带机的自移机尾为例，进口价格近 4 0 万美元( 约3 0 0 万元) ，维修中心产品仅8 0 万元，直接成本降低：3 0 0 - - 8 0 = 2 2 0 万元。 ( 3 ) 间接效益。 由于美国j o y 和德国d b t 生产的自移机尾价格高，备件存货价格昂贵，采购周期 长，而且占用较多流动资金问题。自行设计的自移机尾全部采用国内材料，零配件、配 件的储备额度可大大降低，维修成本也能明显降低。自行设计的自移机尾基本上克服了 2 1 绪论 以往进口和国产的自移机尾存在的不足，设备运行可靠性增加，相应降低了维护成本。 另外维修中心地处矿区，除了以优质产品服务矿区外，还能提供及时高效的售后服 务，能以最短的时间到达矿井，尽可能减少停产损失，这将是以一矿一面著称的神东公 司最大的效益，年产3 6 0 万吨的薄煤层综采工作面，日产1 2 万吨原煤，小时产量7 5 0 吨，以原煤价格7 5 元计算，每年每台机尾缩短1 小时停机时间计算，5 台自移机尾由缩 短停机时间带来的损失为：7 5 0 7 5 x 5 = 2 8 2 万元 ( 4 ) 降低机尾高度的效益。 自移机尾的高度直接影响转载机的高度，从而直接关系到巷道挖掘的高度。由于 煤层薄，在进行巷道掘进时，为了降低掘进成本，提高掘进速度，掘进要尽可能在煤层 中进行，这样就使得巷道高度较低，从而制约到设备配套尺寸。在满足自移机尾性能要 求的前提下，以降低3 0 毫米为例，在5 0 0 米深的矿井中，挖掘倾斜的巷道，可少挖掘 3 0 毫米的岩石，这带来的经济效益也是非常可观的。 普通综采工作面顺槽运输的主要设备是转载机和带式输送机。它们之间通过带式输 送机自移机尾装置进行连接。该设备以高压乳化液为动力，具有自移、调偏和调高等功 能，调整因地面不平整、载荷不均等原因造成的胶带跑偏，具有转载机推移方向校正功 能，能够满足高产高效工作面的要求。对于薄煤层开采，巷道高度低，现有转载机和自 移机尾搭接后的尺寸远远不能满足需要。通过调研考察，国内目前也没有能满足需要的 相关产品，国外相关的设备也不能满足公司的需要。自移机尾成为薄煤层开采设备配套 中的一个难点，而薄煤层工作面开采要实现高产高效，顺槽运输中自移机尾是必不可少 的设备，因而提出“薄煤层胶带机自移机尾装置的设计与开发”项目。它不仅能满足实际 生产的需要，而且能达到节约成本、实现高产高效的目的。 1 3 胶带机自移机尾国内外发展现状及趋势 随着综采机械化水平的提高，自移机尾已经成为综采工作面上重要的设备之一， 它可以提高综采工作面推进速度，减少了辅助工作时间，是煤矿井下高产高效的必备设 备。 综采设备是指综合机械化采煤工作面机电设备的总称。综采设备是将各种相对独 立的机械合理地组合在一起，在工艺过程中协调工作，使采煤工作面的破、装、运、支 全部工序实现机械化。综采设备包括滚筒采煤机或刨煤机，可弯曲刮板输送机、液压支 架以及各种供电、供液设备和其他辅助设备。综采工作面顺槽运输设备是综采工作面生 产的关键设备之一【2 1 ，它主要由带式输送机、桥式转载机及中间衔接装置( 自移机尾) 组成。利用磨擦传动原理，以输送带为牵引和承载构件的连续输送设备，可伸缩带式输 送机的主要功能是将来自转载机的煤载运长距离后转运到矿井主运输系统，它是综采工 作面配套输送系统的最后一个环节，是运距最长的综采配套输送设备。 3 西安科技大学硕士学位论文 顺槽胶带输送机的驱动部、卸载部【直1 定，臼移机尾1 州? 作而转载机搭接，综采二i 作面所) f ：采的煤炭绛刮板机、转载机运送到胶带机自移机尾，阿m 胶带机运送到主井胶 带。自移机尾是保证乍_ 和运输的重要装置。 i ：作而而j 冒图蜘1 劁1 2 所示。 1 滚筒采煤机2 刮极运输机3 液压支架4 i - 端头支架5 f | j 头支架6 转载机7 可仲缩带式输送机8 四已电箱9 乳化液泵站1 0 改各列乍11 移动变电卣i1 2 喷雾泵站1 3 液压发全绞下1 4 集t ，控制台 1 2 滚筒采煤机综采i ：作i 殳矫斫增! 图 1 3 1 自移机尾国外研究现状 ， 移机尾是i ：作川i 耐营运输改符的重要纰成部分，用来迮接桥式转载机和带式输送 机，足丁作而高产：高效的保t i l ) 4 i 。随着科技的发腱，国外煤矿般为综采丌采，i q l q 板输 送机配套的转载机也j f ：向人运量大功率，重型化，高强度力向发展，装机功率一般为2 0 0 3 0 0 k w , 最大的已达到3 7 5 k w 。为便丁自动前移。转载机的k 度，趋阳：缩短，目f j ，j 已从f 冬 统的4 5 m 缩短到2 5 2 8 m ，转载机和可仲缩胶带8l $ ) l 尾已实现整体自动i ，j 移。 徉i 卡i 外，自移机尾出现较早，如i s i1 3 所示，是美罔j o y 公司早期的种腹带式白 移机尾。 4 1 绪- y 譬 图1 _ 3 履带行走式臼移机尾 随着高产高效工作面的不断卅现，要求顺槽可伸缩带式输送机机尾随着： 作面的快 速推进m i 快速自移。国外生，k 自移机尾装置比较著名的企业有i 家：英国的 l o n g w a l l ，他们生产的自移机尾装置随转载机1 起移动；乡3 外一家是德国d b t 公司 牛产的白移机尾装置；还有美困的j o y 公司。 自订者只有一个推进油缸，后两者则有2 个推进油缸。l o n g w a l l 公司牛产的自称 机尾用于在国内带宽1 2m 的输送机i i ，缺点是白移机尾输送带的跑偏量太小，纠偏能 力弱，刚性差。德困生产的自移机尾在阑内使用效果优j ：前者，水平、难卣2 个方向均 有调偏油缸，纠偏能力强。因此，自订者还需完善，后者则需研制。但对白移机尾的要求 是共同的，既要满足输送机i r 常j ：作时防滑的要求，又要满足在输送机在不停机的情况 下实现快速自移。 j o y 公司生产的白移机尾如图1 4 所示，其q j 机尾高度8 8 3 m m ，与转载机搭接后的 高度为1 6 8 0 m m ，采用双液压缸推动式，折返滚筒可以和小车一起运动。 t 茹= 崔品品 图1 4j o y 生产的自移机尾产品 1 3 2 自移机尾国内研究现状 薄煤层高产高效工作面主要的采煤设备是刨煤机和长臂采煤机。自移机尾是顺槽转 载机与带式输送机的中间衔接装置，满足高产高效工作面高进尺、快速推进的配套要求。 具有胶带跑偏调整、转载机推移方向校正和自行前移等功能，占有着重要的地位。上世 纪9 0 年代，上海煤科院率先开展了自移机尾的研究工作，研制出了如图1 5 所示的步进 式白移机尾。 5 西安科技大学硕士学位论文 1 上架2 r 架3 推进油缸4 改向滚筒5 缓冲托辊6 支撑油缸7 液压操作系统 i 刘1 5 步进式白移机尾 转载机通过支撑小车放置在机尾的上架轨道上，并t ，丁沿着轨道自仃后移动，轨道长度 为3 2 米。丁作时，当转载机小车移动到轨道的 j ，j 端、转载机与自移机尾完令重叠时， 向前推移机尾，以缩短胶带输送机长度。 1 9 9 7 年煤科总院太原分院自j j ：丌发研制的棘轮棘杆式 j 移机尾一p k l 2 0 0 型带式输 送机白移机尾。它的升下t 业性试验在大同矿务局马脊梁矿高产高效综采工作面投入q i ，妒运 r 。顺槽运输巷道长3 0 0 0 m ，宽4 1 8 m ，高2 1 7 m 。配套设备：a m 5 0 0 电牵引采煤机、 s g z 9 6 0 4 0 0 x 2 侧卸式刮板输送机、s z z 9 6 0 2 2 0 桥式转载机及带式输送机【2j 。该白移机 尾主要山前、后支撑部，前、后段机架，滑动架( 行走小车) ，液压操纵系统及润滑装置等 部件组成( 如图1 6 所示) 。1 9 9 8 年1 月8h 诈式投入佳产运行，以来，白移机尾一商运 行正常，没有出现影n 向生产的事故，到现在已累计生产近1 5 0 大，按日产70 0 0 吨计，共运 煤近8 8 力。吨。 1 盖销2 转载机3 前支撑部4 调平缸5 前段机架6 滑动架7 后段机架8 滚筒9 后支撑部 1 0 托架1 1 滑橇1 2 侧移缸1 3 液压操纵系统1 4 棘轮推进机构1 5 推移缸 图1 6p k l 2 0 0 型自移机尾 6 一旦夺1|、。如 。隅必一。一 声篮二 广，簿一 1 绪论 2 0 0 4 年神东煤炭分公司维修中心于研制成功的幽内第一台适合i6 0 0 0 米k 度1 4 米胶带机使用的大运量长运i f e 亚，白移机尾一s d w ) ( j w - 】1 1 型重型白移机尾。其丰要山 底架、小乍、液压系统组成。如图1 7 所示l 4 i 。 12345 6 789 ? 譬矿 u 一。! i j j1 鬣0 曳 弋垂蒸葫 一1 l 一 上划 毽 二冬1 引 ， p i - i i 一 一f j 审：= 惟- 一 l ：j _ ： 2 毫乏：型一? 。 “ _ 哥1 1 j 煤器2 连接架3 调高缸4 自，j - 支撑5 基架6 移动小_ i i7 折返滚筒( ( 1 ) 7 0 0 r a m ) 8 推移缸 9 后支撑1 0 改向滚筒( 0 2 1 9 m m ) 11 滑靴1 2 侧移缸 图1 7s d w x j w 1 l l 巧 j 人运餐长返距重曩! 广l 移机尾 s d w x j w - i i i 型白移机尾是幽内外第一台能满足推进k 度6 0 0 0 米胶带机的配套要 求，也是国内第一台年过煤量达到1 0 0 0 万1 1 , e 的白移机尾。 2 0 0 5 年ij i 西煤矿机械制造有限责任公司推出以马蹄尔机构的自移机尾，如图1 8 所 示，其特点足叮以有效的解决转载机、皮带机机尾移动闲难的问题p j 。 图1 8 马蒂尔式自移机尾 s z z l 2 0 0 5 2 5 型自移式转载机是目前我国丌发研制的功率最大，槽宽最宽的超重型 转载机，并首次采用迈步式自移装置及紧凑链【6 1 。破碎机也是国内功率最大，运输量最大的， 并首次采用电动机+ 液力偶合器+ 减速器+ 弹性联轴器的直接传动方式替代皮带传动方式， 使整机能量损失少，传动可靠整机及元部件均可达到国际先进水平，填补我困顺槽桥式转 7 西安科技大学硕士学位论文 载机和破碎机的多项空白并将推动我国顺槽运输设备的研制水平和技术装备水平的进 一步提高。 1 3 3 自移机尾发展趋势 随着综采技术的发展，发达产煤国家一直在致力于矿井的现代化，矿井趋向于大型化， 集约化，矿井生产已基本实现半自动化，正向全自动化发展【7 1 。国内企业在面对激烈竞争中 求得生存，必须提高国内的综采机械化水平，自移机尾随着综采设备的改进而发展。 目前自移机尾主要为双液压缸推动式。履带行走式结构复杂，井下维护困难。步进 式自移机尾功能上还有不完善的地方，已经不能满足现代化的高产高效工作面生产需 要。棘轮棘杆式自移机尾在1 2 米以下胶带机配套，而在1 2 米以上胶带机配套动作不 可靠。因此，现在主要以双液压缸推动式为主。双液压缸推动式也有两种结构形式，即 固定滚筒式和有移动小车式，代表机型分别为d b t 自移机尾和神东煤炭分公司维修中 心生产的自移机尾。 现在，中厚煤层和厚煤层自移机尾已经比较完善，以后将向大型化和小型化两个方 向发展。大型化机尾主要是满足特厚煤层一次采全高使用要求，小型化机尾是满足薄煤 层开采的使用要求。随着采煤综合机械化程度的提高，自移机尾的发展要逐步实现型号、 功能系列化，以适应不同采高的使用需求。同时逐步实现自移机尾各项功能的自动化， 包括皮带跑偏的自动调整、转载机一个动作循环完成后机尾底架的自动前移、机尾前进 方向的自动校直、润滑点的集中自动润滑。这些功能的实现将改变自移机尾必须有人进 行操作的工作方式，是无人工作面采煤的重要技术之一。 1 4 本课题研究的主要内容 薄煤层自移机尾的设计开发，对实现综采机械化工作面高效高产影响比较大，它能 提高移架，提高了工作面快速推进速度，减少了辅助工作时间【8 】；设计的新型收放带装置， 提高工作的自动化程度，提高了工作效率。胶带机自移机尾是综采工作面的配套设备之 ，是实现工作面高产高效的重要组成部分之一。根据规划开采的薄煤层设备配套目标： 自移机尾与转载机搭接配套后的高度为1 6 m 。通过分析国内外各公司的转载机尺寸后， 明确自移机尾的高度应控制在7 1 5 m m 以内，同时要保证自移机尾的功能不减少，以降低 顺槽高度，减少矸石掘出量。本课题主要的研究内容如下： ( 1 ) 胶带机自移机尾机械结构的设计 利用s o l i d w o r k s 软件设计胶带机自移机尾的三维模实体型，结合模型设计转换为二 维图纸。对自移机尾的主要承载部件机架的强度进行理论计算校核，以及利用 a d a m s 软件对机架进行动力学分析。 ( 2 )固定折返滚筒的结构设计 8 1 绪论 基于井下胶带机的实际运行数据，设计固定折返滚筒的结构形式，确定滚筒的各项 技术参数，并对其强度进行校核。 ( 3 ) 液压系统、集中润滑、耐磨材料的研究 结合转载机与自移机尾的技术参数，计算和选择实现推移、调高、调偏功能的液压 缸。对现有各种机型自移机尾在使用过程中出现的问题进行研究，设计了新的液压缸密 封结构；结合破碎机、锚杆机润滑方式，实现了自移机尾结构中滚筒的集中润滑；结合 自移机尾的结构特征和使用要求，选择应用耐磨材料。 9 西安科技大学硕士学位论文 2 薄煤层自移机尾总体设计 薄煤层胶带机自移机尾是薄煤层桥式转载机和带式输送机的衔接机构，适用于薄煤 层高产高效工作面，满足快速推进的需要。本课题设计开发的s d w x b j w 1 2 i 型薄 煤层自移机尾的功能和技术指标，主要依据薄煤层厚度、采煤机工作面情况等因素，本 章主要从总体结构上进行研究。 2 1 系统设计要求 薄煤层胶带机自移机尾采用了固定折返滚筒的结构形式，导料槽固定在基架上，尽 可能的降低了机尾的安装高度。同时，该机型具有胶带跑偏调整、转载机推移方向校正 和自行前移等功能，保证桥式转载机和带式输送机可靠衔接和物料转载通畅。 整个系统最终实现的功能包括： s d w x b j w l 2 i 型自移机尾适用于薄煤层高产高效工作面顺槽转载机与带式输送 机的配套连接，配套6 0 0 0 米长胶带机，满足与相关型号转载机的配套要求。该设备以 高压乳化液为动力，具有自移、调偏和调高等功能，能够满足高产高效工作面的要求。 本机适用于胶带宽度为1 2 0 0 毫米的带式输送机，且带式输送机应具有自动张紧胶带的 功能。 整个结构的技术指标： ( 1 ) 整机结构 整机高度7 15 m m ；适合带面宽度1 2 m ；推移行程2 2 m ：调偏行程15 0 m m ；调高行 程2 0 0 m m ；适合6 0 0 0 m 长度顺槽运输。 ( 2 ) 折返滚筒的选择 折返滚筒西5 0 0 x 1 4 0 0 。 ( 3 ) 液压系统的设计，集中润滑与导料槽耐磨材料应用 液压系统使用乳化液，供液压力3 1 5 m p a ；机尾滚筒各润滑点实现集中润滑；a r c 耐磨 材料的选用。 2 2 总体结构设计 根据工作面设备配套目标，自移机尾与转载机搭接配套后的高度为1 6 m ，通过与转 载机生产厂家协商之后，明确自移机尾的高度要控制在7 1 5 m m ，同时要保证自移机尾 的功能不减少，这就对自移机尾的结构设计提出很大的难度，目前国内外还没有相关的 产品。 在分析了机尾的工作原理后，确定机尾整体采用双液压缸推动固定滚筒式机尾，采 1 0 2 薄煤层自移机尾总体设计 用q ) 5 0 0 折返滚筒、2 1 9j | i 带滚筒，导料槽固定在基架上，折返滚筒安装在后支撑架七。 调偏缸安装位胃在后支撑架中部。往日，j 、后支撑部位安装了分体式的滑靴。铰接座还保 留了两层结构，保证了转载机在两个方向j ：的自由度。基架采用了封i _ - lj & 板的结构，为 了方便检修和积煤清扫，在基架底部设计了插板。s d w x b j w l 2 一i 型薄煤层顺槽胶带 机白移机尾的整体结构如图2 1 所示。 n2 1 薄煤层白移机尾二维模刑 2 2 1 自移机尾的结构设计 薄煤层顺槽胶带机自移机尾采用同定滚筒式结构，山基架、前支撑架、后支撑架、 连接架、前滑座、后滑座、滑靴、小车、= | ：_ 1 煤器、各类液压缸、滚筒、润滑系统组成。 总图如图2 2 所示。 西安科技大学硕士学位论文 支疆i 三兰三皇至篓董i i 鬻辫0 ：阍如l f ：；：i ：如 j 嫠；，。隧_ 幽2 2s d w x b j w l 2 一i 巧j 总劁 i ：罩瑟一： 山于篇幅有限，本义省班介绍白移机尾机架结构的没汁发强度的校核。 2 2 2 固定折返滚筒的设计 折返滚筒0 5 0 0 1 4 0 0 。在中厚煤层综采t 作面中顺槽胶带机自移机尾是采用滚筒直 径为7 0 0 。冈为是皮带的折返部，受力也最大。在结合受，j 情况，对选用的折返滚筒 进行强度校核，并充分论证和计算，选择合适的滚筒直径，同时彳i 能i 捌缩小滚筒直径而 牺牲皮带的使用寿命。选用滚筒参数如表2 1 表2 1 滚筒技术参数 2 2 3 液压系统、集中润滑与导料槽耐磨材料的设计与选用 液爪系统卜要通过换向阀米实现各液压缸的动作。为了保证推移缸的旧步，将两个 推移缸并联在一起，并f l 在推移缸j ：装仃安全阀，防止住推移过程叫_ j 由丁二膏死i 而损坏机 尾。p q 个调高液压缸上装有舣向液压锁，使得调高缸在行程范围内u j 以停住任意位置。 臼移机尾滚筒的润滑足很重要的个方而，其决定着滚筒的使用寿命。现有的集r f l 润滑方式有自动集中润 亍和手动集中润滑。结合矿井现自没备如破碎机、锚杆机在不同 12 2 薄煤层自移机尾总体设计 条件下润滑方式的使用情况，确定机尾的润滑方式。 导料槽耐磨材料的应用是针对自移机尾在使用过程中出现的料斗尾部磨损严重的 问题。a r c ( a d v a n c e dr e b u i l dc o m p o s i t e ) 高含量陶瓷涂层是一种国际上最先进的材料保 护技术，由高含量高质量的陶瓷粒子及多种少量高分子合成物质组成。该材料的应用， 有效避免了料斗尾部的磨损，同时避免了对皮带的损伤。 2 3 本章小结 本章主要论述了薄煤层自移机尾的设计要求和技术指标，整机的结构设计方案和功 能，以及液压控制系统的工作原理，提出了固定折返滚筒设计参数、集中润滑及导料槽 耐磨材料的设计和选用。 1 3 西安科技大学硕士学位论文 3 自移机尾机架主梁的设计和校核 自移机尾的结构设计是白移机尾的基础。通过采用合理的结构实现设备配套高度的 要求是研制胶带机自移机尾的核心。结合自移机尾的结构形式以及整机的组成部分，着 晕研究自移机尾的主要承载部件机架主梁的结构及所选材料，并通过理论计算和 a d a m s 软件刈机架进行动力学9 n ，校核机架强度。 3 1 概述 根掘薄煤层综采设备配套目标：白移机尾与转载机搭接配套后的高度为1 6 m 。通过 分析国内外各公司的转载机尺寸后，明确自移机尾的高度应控制在7 15 m m ，i 司时要保 证自移机尾的功能彳i 减少。 按照以往几种结构形式自移机尾的使用情沙【! l ，决定整体采用双液压缸推动、固定滚 筒式白移机尾。经设计和计算选择5 0 0 折返滚筒、0 2 1 9 压带滚筒，导料槽i 直i 定在基架 上，折返滚筒安装住后支撑架上。调偏缸安装f 涉置在厉支撑架中部。在前、后支撑部位 安装了分体式的滑靴。铰接座还保留了两层结构，保证了转载机在两个方向上的自由度。 基架采用了封朗j 底板的结构，为了方便检修和积煤清扫，存基架底部设计了插板。 s d w x b j w l 2 一i 型薄煤层顺槽胶带机白移机尾( 如图3 1 ) 采用固定滚筒式结构， 由犟架、i ，j 史撑架、后支撑架、连接架、自订滑座、后滑座、滑靴、小车、扫煤器、各类 液| i 缸、滚筒、润滑系统组成。 图3 1s d w x b j w l 2 i 型薄煤层白移机尾 1 4 3 自移机尾机架主梁的设计和校核 3 2 基架设计 基架是小车运行轨道，是白移机尾的基体，基架的前后端各通过四个7 0 销子与 i ，j 后支撑相连。基架尾端两侧通过两个q ) 7 0 销子j 推移油缸相连。基架i 维模犁如图 3 2 。 劁3 2 丛架二维模掣 ( 1 ) 基架结构形式和材料的选择 根据机尾的结构特点，受力原理，并参考j o y 公司机尾的结构特点，主梁选择箱 型结构，如图3 3 为基架士梁的设计横断面幽，两侧牛梁采用厚度3 0 m m 的1 6 m n 钢板 焊接。1 6 m n 是低合金结构钏，它具有良好的综合力学性能、焊接性能及低温冲击韧性， 冷冲压及可切削性均好。由于卜带面距地面距离太小，防i 卜在机尾推移过程中m 十底板 煤或者矸石的堆积造成皮带划伤，摹架的底板拟采用令封闭结构。但是考虑到皮带的安 装和设备的l i j 维护性以及基架内腔积煤的清理，在底板上设计了两个插板，方便于井下 皮带安装和设备升井大修时清理基架内腔的积煤。为了降低高度，导料槽同定在摹架h 两侧焊接在主梁上。由于卜皮带通过基架下而的封阳 腔，为了防止皮带上的煤泥和积水 进入封闭腔，在基架前端皮带进入封闭腔的位置，设置了二次清扫装置。基架的另一个 显著特点是移动小车导轨安装在小车主梁两侧，这就为降低整机高度节约了大量窄白j 。 l i 一船 h 队一 耻j孤 j ll 丁_ l l 图3 3 机尾箱型结构 由于选用的结构为箱型梁焊接结构，经查机械设计手册，确定材料选择焊接性能和 综合机械性能较好的1 6 m n 钢板进行焊接。 ( 2 ) 基架强度校验 由于相配套转载机也在设计制造过程中，对机架强度校核按照现有大采高承载情况 15 西安科技大学硕士学位论丈 进行，从而确保溥煤层胶带机自移机尾基架的强度也满足使用要求。 自移机尾所受多 t - j 主要是转载机和煤的作用压力、小车重力、胶带拉力、j ：作面顺 槽底板的摩擦力。由二胶带拉力和工作面顺槽底板的摩擦力都沿水平方向，对基架弯曲 强度不影n 吼这里不进行分析研究。 自移机尾受外力p ( 转载机的重力) 作用在游动小车上，游动小车在基架的轨道上 运动，游动小车通过前后车轮将力传递到基架上。基架是框式结构，两根主粱t 要承受 压力，需要校核基架主梁的弯曲强度。 转载村l x , j - 白移机尾的作用力，足转载机各桥段重力和悬空段煤的重力之和。转载机 的各桥段和重量分布示意如图3 4 。 图3 4 转载机各桥段重蕈不意蚓 根据转载机的各桥段和重量分布，经计算得到转载机作用在机尾l 的力是4 2 1 吨， 即p = 4 2 1i j , 毛= 4 12 5 8 k n 。 ( 3 ) 进行小车的受力分析 小车结构为刚性结构，可以看作简支梁。外力f 距后轮的距离1 3 1 7 m m ，距离f j 仃轮 的距离2 7 8 5 m m ，小车自重g 约1 6 吨，罩心距后车轮距离为19 4 1 m m 。小车自订后轮受力 不均匀。基架主梁对小车的支撑力设为j v ，、，。受力如图3 5 。 j 1 9 4 l - 图3 5 移动小车受力图 图中：，为基架对后车轮的支撑力； ：为基架对前车轮的支撑力； 尸为转载机作用在小车上的力，p = 4 1 2 5 8 k n ； 16 3 自移机尾机架主梁的设计和校核 g 为小车重力，g = 1 3 吨= 1 5 6 8 k n 。 根据力矩平衡方程，求得、，。 ：! 坐! z 生兰! 竺兰! ：兰! 三：兰! 兰! ! ! z 墅：璺兰! 竺兰! ：2 0 6 6 k n ，v = 一= 一= 4 1 0 24 1 0 2 n l = 4 1 2 5 8 + 1 5 6 8 2 0 6 6 = 3 6 2 7 8 k n 基架主梁工作时与前后支撑部刚性联接，可以简化为简支梁。小车与基架主梁作用 点是小车的前后两轮。由于小车在基架主梁上可以移动，需要确定在什么位置时主梁所 受力矩最大。基架主梁结构对称，两根单梁均匀承载，则对单根梁来说鼻：等；最：等。 z二 基架主梁单梁受力如图3 6 。 r l 一j o 1 。l l ：l1 ： l 一) ( 2 一 主梁 jg l e 图3 6 主梁受力不意图 图中：l = 8 6 9 0 m m ，c = 4 1 0 2 m m ； 只：盟：3 6 2 7 8 ：1 8 1 3 9 k n ， 22 只：丝：一2 0 6 6 ：1 0 3 3 k n 。 2 2 g 为基架自重的一半，基架重1 1 2 吨，即1 0 9 7 6 k n ，则g = 1 0 9 7 6 2 = 5 4 8 8 k n 。 计算弯矩： 求支反力置、尺： 由于基架的分析才有有限元分析方法，在确定危险截面的位置时可不考虑基架本身 的重力。由理论力学的静力学中的力矩平衡方程式有： 揪：= 0 - r 。xl + p 。乜一x ) + 昱q x c ) = 0 r ，：墨兰! 墨二垄2 墨兰坚二茎二竺1 三 m r l = 0 r 2 l 一鼻x 一昱c y + c ) - - 0 _ 。o、 1 7 西安科技大学硕士学位论文 r ：x x + p 2 x ( x + c ) 三 写弯矩方程，由于a 、b 之间没有其它载荷，所以a b 段弯矩是一条斜直线， 在d a 段： m = o m 伍。) = r 。x 。( o x 。x ) 所以当x = x 时，弯矩最大，且弯矩最大截面在a 处， 在b e 段： m = om ( ：) = r ：xx ：( 0 x ：q x c ) ) 所以当x = 三一x c 时，弯矩最大，且弯矩最大截面在b 处。 画弯矩图，确定危险面。 由于小车位置不确定，弯矩图有图3 7 两种形式： d a be da be 弯矩形式( 二) 图3 7 弯矩的两种形式 确定弯矩最大时小车所在的位置。 按图3 6 弯矩形式一考虑， ym ：0m ( a ) ：r ，xx 一 、，1 墨兰! 墨二茎! 墨兰! 兰二垄二竺! x 三 一( 鼻+ b ) ( l x x x 2 ) 一最x c x x = = 一 三 由数学知识可得：掣：o 时的x 使m o ) 取得最大值，即： d 五 1 8 3 自移机尾机架主梁的设计和校核 ! 墨墨2 兰! 墨二三兰茎2 二墨兰g ：o 三 x ：一l 一辱兰竺_ _ 一8 6 9 0 一坚! 竺q 三_ _ 3 6 0 1 埘m2 2 2 x 衲2 2 一i 2 08 1 面3 9 而- i - 1 0 33 2埘 【置+ 置) j 此时，m 0 ) = r 。x =墨兰丝二茎! 竺兰鱼二茎二竺! x 三 ( 鼻+ 最) ( l x x 2 ) 一只c x 三 ( 1 8 1 3 9 + 1 0 3 3 ) ( 8 6 9 0 3 6 0 1 3 6 0 1 2 ) 一1 0 3 3 4 1 0 2 3 6 0 1 8 6 9 0 = 4 2 4 8 k n m m 佃) = r 2x 亿一