刮板输送机自动伸缩机尾的研究

徐占强

（中煤张家口煤矿机械有限责任公司；河北省高端智能矿山装备技术创新中心，河北 张家口 076250）

1 前言

煤炭是比较重要的能源，也是化工和冶金行业的重要原料。有燃烧、气化、液化、焦化、流态化等用途。如何合理、有效的开采使用煤炭资源极为重要。我国目前是煤炭产量大国和消费大国，煤炭的高效安全生产是国民经济的重要保障，而如何高效安全的生产却离不开刮板输送机的先进技术。

我国绝大多数煤矿井下的综采工作面都使用采煤机开采，刮板输送机运输，液压支架支撑防护推移的方式进行采煤。刮板输送机是非常重要的煤炭运输设备，而且是整个煤炭运输系统的起始点，其重要性无可替代。另外，输送机还可为采煤机实现支撑和销轨配合的功能，采煤机可以自行行走；而对支架来说，若无输送机和其连接并互为支点，支架无法向前推进工作面，同时，刮板输送机也无法自行向前推进。所以，刮板输送机自动伸缩机尾将会得到广泛的应用。

2 自动伸缩机尾的工作原理及结构组成

2.1 自动伸缩机尾的工作原理

刮板机是综采工作面的主要设备之一，工作过程中，其负载大小会随采煤机的往复运动、截煤速度、支架推移等影响而不断变化，刮板链也随之时松时紧。随着工作面长度的增加，刮板链松紧变化愈加明显：链条过松，链条不能与链轮顺利啮合或脱开，易堆积扭结，在封闭的底链道造成刮卡，导致非正常磨损断裂；链条过紧，运行阻力增大，设备启动困难，运行功率增大，零部件磨损加剧，使用寿命降低。

自动伸缩机尾能够根据不同的工况对链条张力实现动态调节，使其始终处于最佳的张紧状态。通过液压缸的伸缩实现固定架和活动架的相对运动以达到链条张紧的目的，伸缩机尾液压控制系统可手动或自动控制液压缸的伸缩。在液压缸上安装有位移传感器和压力传感器（压力传感器也可安装于伸缩机尾液压控制系统），电气监控系统根据有关传感器提供的信号可根据程序对液压缸的伸缩量及刮板链的张紧程度进行判断，然后对伸缩机尾控制系统发出指令通过电液控换向阀电液信号转换控制液压缸伸缩，进行紧链和松链操作，通过电气监控系统不间断地对刮板链的工作状况的参数进行实时检测并进行判断，及时调整油缸伸缩对刮板链的张紧力进行调整，是刮板链的张力一直处于设定的正常工作范围内。

2.2 自动伸缩机尾的结构组成

自动伸缩机尾主要部分组成包括固定架、活动架、导轨、液压缸及其护罩、伸缩机尾液压控制系统和电气监控系统，如图1 所示。

图1 自动伸缩机尾的主要组成

固定架为整体焊接结构，用于安装机尾底挡板、机尾铲煤板、机尾推移部等；活动架上有可拆卸的活动压链块和固定链轮的压块；液压缸安装有位移传感器和压力传感器可检测液压缸的伸缩行程和压力；伸缩机尾液压控制系统配有电液控换向阀，用于控制液压缸的伸缩，与电气监控系统系统配合使用实现手动和自动控制功能。

伸缩机尾可代替普通形式机尾架和过渡槽的功能使用，可配合液压马达紧链控制系统共同实现调整刮板链松紧的目的。其中固定架和活动架之间由液压缸连接，通过液压缸的伸缩活动架可沿固定架上安装的导轨移动，改变输送机工作面长度来实现链条松紧调整。

3 伸缩机尾架伸缩行程和伸缩机构推移力的研究

当采煤机运行于刮板输送机机尾部，刮板链在额定负载下的张力如图2 所示。链条的单位伸长量与其张力、单位长度、链条刚度E 等诸量之间的关系服从虎克定律。输送机在额定负载下工作时，链条总弹性伸长量为：

图2 刮板链张力图

式中，i 为刮板链条数；L 为刮板输送机长度，mm；S（x）为链条在x 点处的张力，N；A 为刮板链的横截面积，mm2；E 为刮板链的弹性模量，N/mm2。

式中，S1、S2、S3、S4 分别是机头链轮分离点、机尾链轮绕入点、机尾链轮分离点、机头链轮绕入点处的链条张力值。

设上链运行阻力为W重，下链运行阻力为W轻，则有

S2=S1+W轻

S4=S3+W重

设机头机尾传动装置的装机功率比为K，运行中按相同的比率出力时：

伸缩机构的行程最小应满足刮板输送机从空载到额定负载所引起的链条伸长量，按上述计算方法，分别计算出空载和额定负载时链条的伸长量ΔL0 和ΔL，则伸缩机构的最小行程：

刮板输送机在运行过程中，伸缩机构的驱动力必须克服链条张力和机尾的磨擦阻力才能使装置正常工作，而输送机在额定负载下运行时链条的张力最大，所以伸缩机构的驱动力不应小于

式中：S2、S3 为额定负载下机尾处上下链条的张力；F阻为机尾移动磨擦阻力，可近似折算到链条张力上

T = 1.2（S2 +S3）

计算示例：装机总功率2×2000kW（K=1，头1 尾1），刮板链链速1.68m/s，铺设长度320m，运量4000t/h，并将有关刮板链及溜槽的参数代入我公司专用计算软件按满负载计算，得到：

额定负载运行时：上链阻力W重=1134kN，下链阻力W轻=340kN

4 机尾架结构的优化改进研究

4.1 活动压链块的改进研究

伸缩机尾架为中板起坡段，上翼板随中板高度变化，弯曲处较平段磨损严重，所以采用可更换的活动压链块结构，磨损严重时更换压链块即可。早期活动压链块长度较短，与活动架上焊接的上翼板配合使用，活动架前端的上翼板由于长度较短使得其与侧板焊接长度短，使用一段时间后由于磨损震动等原因焊缝处有裂缝导致上翼板脱落的事情时有发生，受井下条件限制焊接维修不方便。如图3 所示。

图3 前端上翼板焊接结构

为解决伸缩机尾架上翼板脱落的问题，改进活动架结构和活动压链块结构，把活动架前端的上翼板和活动压链块做成一个整体，不使用焊接结构改为螺栓连接，活动压链块不易脱落而且磨损严重后方便更换。如图4所示。

图4 整体活动压链块结构

4.2 伸缩机尾油缸护罩的结构改进研究

油缸护罩安装在机尾架上用于保护液压缸防止被落煤砸坏，活动护罩随活动架一起移动。

传统的油缸护罩安装后立板贴在固定架底板外侧，由于机尾架煤壁侧堆煤较多，导致油缸护罩随机尾架伸缩时有小块煤容易塞入护罩内，长期堆积后护罩难以收回且会挤压油缸护罩立板，严重时会使油缸护罩脱落，从而油缸暴露在外容易产生损坏。如图5 所示。

图5 传统油缸护罩

为解决油缸护罩脱落问题，改进油缸护罩结构以及护罩和机尾架的搭接方式。把油缸护罩立板向机尾架里侧收缩，并在固定架底板上开槽使得油缸护罩立板在槽内滑动，相当于给予护罩立板一个约束力使得立板不易变形从而减少小块煤进入护罩内，增加油缸护罩和机尾架的连接螺栓使油缸护罩更加牢固不易脱落。如图6 所示。

图6 改进后油缸护罩

5 结语

本文通过对自动伸缩机尾进行研究。首先，对伸缩机尾架伸缩行程和伸缩机构推移力计算进行研究，然后针对自动伸缩机尾目前主要存在的问题进行研究并提出改进方法，对自动伸缩机尾在后续的应用起着重要作用。第一，对活动压链块进行了结构改进，较于传统结构，新结构在前期加工和后期维护更加便捷；第二，对油缸护罩进行了结构改进，相较传统结构，新结构极大地减少了小块煤进入护罩，保护了油缸。