工作面三角煤清理装置的设计与开发_赵福贵.pdf

煤矿机械Coal Mine MachineryVol.44 No.5May.2023第44卷第5期2023年5月doi:10.13436/j.mkjx.202305034产品结构0引言煤矿开采过程中，工作面三机（液压支架、采煤机、刮板输送机）的选型配套是工作面实现高产高效的关键。设备选型是依据煤层赋存条件及矿方的产能预期，选择综采设备并保证设备间的机械尺寸适配，产能满足生产需求，其整体性能需满足采煤工艺要求。在开采过程中，由于采煤机滚筒旋转截透三角煤的过程中产生大量的浮煤收不到刮板中部槽中，目前大都需要人工用铁锹铲至输送机中，需要耗费大量的人力，并增加了采煤辅助作业时间。据此，研制出三角煤清理装置，以期提高采煤工作面机械化水平，减轻工人劳动强度。1三角煤清理装置结构与工作原理三角煤清理装置主要由挖斗、连杆、前臂、后臂、油缸，旋转轴、滑动杆、旋转底座、底座、旋转座连杆、旋转座摇杆、旋转座油缸，底座移动油缸组成。结构如图1所示。该装置的结构特点是大臂、小臂、底座动作稳定，底座旋转角度较大，可以覆盖较大范围的浮煤区域。该三角煤清理装置包含三部分：悬臂由挖斗、四连杆、液压缸、前后臂组成，挖斗的运动可以由四连杆机构和液压缸实现，前后臂的运动由液压缸推移实现；伸缩杆伸缩杆由装在内部的液压缸实现伸缩动作；底座底座和转载机盖板上的滑道及限位装置联接，通过液压缸实现前后滑动。（a）主视图（b）俯视图图1三角煤清理装置1.挖斗2.四连杆3、6、7、9.液压缸4.前臂5.后臂8.伸缩杆10.底座11.四连杆这三部分活动构件数量n=20个，低副（移动、转动副）个数PL=27，高副个数Ph=0，因此该机构自由度数F=3n-（2Pl+Ph）=6，需要6个动力来源，因此需要6个油缸。2三角煤清理装置运动分析及设计制造（1）挖斗的运动分析与计算挖斗的运动由四连杆机构实现，满足最短AD加最长BC大于其他两杆长度之和，为双摇杆结构，已工作面三角煤清理装置的设计与开发赵福贵，杨文明，李晓伟（郑州煤矿机械集团股份有限公司，郑州450010）摘要：由于目前综采工作面刮板输送机机头、机尾位置（三角煤）散落的煤均需人工清理，工人作业时间长，清理效果差，并造成一定的资源浪费。为此，研究开发一种代替人工作业的三角煤清理装置，减轻工人劳动强度，减少井下辅助作业时间，提高生产效率。关键词：机械化；自动化；人工清理；清理装置；生产效率中图分类号：TH122文献标志码：A文章编号：1003 0794（2023）05 0107 03Design and Development of Clearing Equipment of Triangular Coal inWorking FaceZhao Fugui，Yang Wenming，Li Xiaowei（Zhengzhou Coal Mining Machinery Group Co.,Ltd.,Zhengzhou 450010,China）Abstract:At present,the scattered coal in the area of head and tail（triangular coal）needs to becleared manually,which needs more working time,and the effection is not good,also causes someresouce waste.So developed a clearing equipment which can be used for replacing manual operation,reduce the labor intensity and auxiliary operationtime,upgrade the efficency.Key words:mechanization；automation；manual clearing；clearing equipment；production efficiency12 34567891011107知AB杆是通过油缸伸缩实现左右摆动，从而推动挖斗运动实现挖掘动作。挖斗极限位置图如图2所示。图2挖斗极限位置图1.摇杆AB与机架AD夹角2.摇杆AB极限位置夹角（从AB到AB夹角）油缸行程可以由B点推移到极限位置B点，已知AB=327.5 mm，BC=350 mm，CD=263 mm，DA=208 mm，BD=480 mm，BD=214 mm。在ABD中，通过余弦定理得BD2=AB2+AD2-2ABADcos 1（1）1=arccos（AB2+AD2BD22ABAD）=126（2）在ABD中，通过余弦定理得BD2=AB2+AD2-2ABADcosDAB（3）由于AB=ABDAB=arccos（AB2+AD2BD22ABAD）=38（4）2=1-DAB=88（5）故AB杆最大行程角为88。同理可以求出挖斗CD到CD的最大行程角CDC=121，且挖斗到此位置可以满足挖掘、运送、落料等的使用要求。（2）旋转底座的运动分析与计算旋转底座的运动如图3所示，也为四连杆机构，满足最短DC加最长AD大于其他两杆长度之和，为双摇杆结构，BC杆是通过油缸伸缩实现摆动，推动其他连杆做旋转运动。图3底座油缸四连杆极限位置图油缸行程可以由E点推移到极限位置E点，已知AB=AB=300 mm，BC=BC=450 mm，CD=CD=290 mm，AD=635 mm，BD=621 mm，BD=346 mm。在ABD中，通过余弦定理得BD2=AB2+AD2-2ABADcos 1（6）1=arccos（AB2+AD2BD22ABAD）=74（7）在ABD中，通过余弦定理得BD2=AB2+AD2-2ABADcosDAB（8）由于AB=AB，则DAB=arccos（AB2+AD2BD22ABAD）=11（9）2=1-DAB=63（10）故AB杆最大行程角63，也即旋转底座旋转角度为63，满足挖斗臂的挖掘范围要求。（3）三角煤清理装置的设计制造在以上分析基础上，利用Creo软件可以设计出清理装置的具体结构，同时对该装置做运动分析和受力分析，分析结果表明，该装置能够满足实际使用要求。该装置主要结构件选用Q460合金结构钢板材组焊而成，底座旋转构件材料选用钢管加工，铰接销轴部位选用铜锡合金滑动轴承，旋转部位选用转盘轴承，以保证设备使用可靠性。主要部件均选用可拆卸结构，以方便使用维护。该装置的具体技术参数：外形尺寸（长宽高）/mm5 0001 3602 250（转载机上）最大挖掘高度/m3 000最大卸载高度/m2 250最大地面水平挖掘距离/m1.3斗容量/m30.1底座旋转角度/（）90该装置可以在SZZ7641350系列的刮板转载机上使用，在转载机落地段盖板上焊接滑道，该装置底座设有滚轮及限位装置，可以在盖板上一定范围内行走，这样就可以增加装煤区域。3液压系统的设计该装置是由6个液压缸作为主动力实现机构的运动，液压系统原理图如图4所示。操作阀组主进液、主回液管路分别接入井下工作面主供液、主回液管路，操作阀组各阀片进、回液口分别接入6组液压缸的双向锁进、回液口，双向锁再与6组油缸进、回液口通过管路连接；每个液压缸均配有双向锁，以保证操作过程中位置不受外界负荷干扰，起到锁定作用；每组双向锁进液管路配有节流阀，以防止操作时速度过快造成错误动作或不易操作控制，甚至损坏构件。操作阀主进液管路配有球阀以保证当该装置不使用时操作阀组始终处于供液状态，避免误操作危第44卷第5期Vol.44 No.5工作面三角煤清理装置的设计与开发赵福贵，等BCAC12BDBCAC12BDEE108及设备和人员的安全，同时设有过滤器以保证进入主控阀组液体满足使用要求，主回液设置有回液断路器，以防误接等操作的发生。图4液压系统原理图考虑将来能够实现自动化作业，液压操作阀组采用电磁阀，可以手动操作，如果接入远程控制系统后可通过遥控等操作，不仅极大降低了劳动强度，也有助于实现整个工作面的无人化开采。4使用实例平煤二矿己17-23010工作面采高1.31.4 m，支架中心距1.5 m，工作面长度180 m，埋深184235 m，煤层倾角平均6.5，煤层普氏硬度0.81.5。该三角煤清理装置挖斗容量0.1 m3，相当于每斗可挖煤135 kg，1 min装卸2次，30 min可挖8 100 kg，可以显著减少人工清理机头三角区域浮煤所用时间，减少井下辅助作业时间，提高工作效率。5结语本文针对挖掘机整体结计，利用CAD软件进行了三角煤清理装置的方案，并进行了理论分析与计算。利用Creo软件对该机构进行了具体的设计，并做了运动分析，分析结果和理论计算一致。该装置应用于煤矿井下工作面，降低了工人劳动强度，并显著提高了生产效率。参考文献：1王国法.煤矿高效开采工作面成套装备技术创新与发展J.煤炭科学技术，2010，38(1):63-68106.2徐刚.综采工作面配套技术研究J.煤炭学报，2010，35(11):1921-1924.3濮良贵，纪名刚.机械设计M.北京：高等教育出版社,2006.作者简介：赵福贵（1974-），内蒙古土左旗人，工程师，硕士，主要从事液压支架、采煤机、刮板输送机的研发工作，电子信箱：.责任编辑：张欣收稿日期：20220806第44卷第5期Vol.44 No.5工作面三角煤清理装置的设计与开发赵福贵，等挖斗千斤顶前臂千斤顶后臂千斤顶伸缩千斤顶操纵阀组挖斗IN825-35/2800前臂后臂伸缩旋转推移配液板旋转千斤顶推移千斤顶109