掘进机中间运输机液压张紧装置设计_郭继波.pdf

0引言中间运输机是悬臂式掘进机装运系统的重要组成部分，一般来说，中间运输机由前后溜槽、驱动装置、刮板链组件、从动轮装置、张紧装置等部分组成。掘进机在井下截煤作业时，驱动装置在液压马达的驱动下带动刮板链条转动，将截割头所截割下的煤与矸石源源不断地从作业区运输到机身后方的转载机等设备上面，来保证掘进机在掘进工作面正常的工作。为保证中间运输机的正常工作，首先要保证其刮板链条松紧程度处在合适的范围内，若刮板链条过紧，则会导致链条与溜槽之间的摩擦力过大，不仅会使得刮板与溜槽之间的磨损严重，还会造成运输机运行阻力过大，运行速度慢，运输效率低；若刮板链条过松，则无法保证刮板链与驱动轮之间的正常啮合，出现链条打滑的现象，即常说的跳链，也会影响运输机的运输效率。运输机在工作时，在多种力和机身振动的影响下，链条很容易变得松动，需要经常紧链来保证其正常运行，因此，需要为掘进机中间运输机安装张紧装置。1掘进机中间运输机张紧装置1.1丝杠张紧装置以上海创力某型掘进机为例，早期的中间运输机采用的大都是传统的丝杠张紧装置，这种张紧装置结构较为简单，如图1所示。图1丝杠张紧装置结构1.弹簧2.导套3.弹簧座4.拉杆5.座6.丝座7.丝杠这种形式的张紧装置主要由弹簧、导套、弹簧座、拉杆、顶座、丝座、丝杠等组成。（1）弹簧运输机在工作时，液压马达启动和停止的瞬间会有较大的反作用力作用在液压马达上。其次，运输机使用时发生卡链现象，需要启停液压马达使运输机恢复正常。由此可见，运输机正常工作时的启停与卡链现象的发生，均会对驱动装置的液压马达造成较大的冲击，影响液压马达的使用寿命。为了减小液压马达在启停时所受到的冲击，延长其使用寿命，此结构中使用弹簧来缓冲反作用力。在发生反作用力冲击时，力作用到弹簧上，弹簧被压缩发生弹性形变，根据冲量定理，在马达突然停止时，通过弹簧形变延长受力时间，降低冲击所带来的能量，从而对液压马达起到很好的保护作用。doi:10.13436/j.mkjx.202305036掘进机中间运输机液压张紧装置设计郭继波（上海创力集团股份有限公司，上海201700）摘要：介绍了悬臂式掘进机运输机丝杠张紧装置与油缸张紧装置的结构，简要分析了2种张紧装置的优缺点，对运输机所需要的链条张紧力进行了分析计算，并以此为依据对油缸张紧装置的液压油缸进行了设计计算。关键词：丝杠张紧；油缸张紧；张紧力计算；油缸内径计算中图分类号：TD421.5文献标志码：A文章编号：1003 0794（2023）05 0113 03Design of Hydraulic Tensioning Device for Roadheader IntermediateConveyorGuo Jibo（Shanghai Chaungli Group Co.,Ltd.,Shanghai 201700,China）Abstract:Introduced the structure of the cantilever roadheader conveyor screw tensioning device andthe cylinder tensioning device,briefly analyzed the advantages and disadvantages of the two kinds oftensioning device,the chain tensioning force required by the conveyor was analyzed and calculated,andbased on this,the hydraulic cylinder of the cylinder tensioning device was designed and calculated.Key words:screw tensioning；cylinder tensioning；tensioning force calculation；cylinder inner diametercalculation1234567煤矿机械Coal Mine MachineryVol.44 No.5May.2023第44卷第5期2023年5月113（2）导套在此张紧装置中，导套主要是对弹簧的安装起到很好的定位作用，并防止弹簧掉出弹簧座，保证其在弹簧座内正常伸缩滑动，并且还能对弹簧的滑动起到导向的作用，防止其在伸缩滑动时径向的跳动，造成整个装置的不稳定。（3）弹簧座弹簧座是用来安装弹簧的，将弹簧装进弹簧座中可以起到对弹簧的保护作用，还可以减小弹簧与空气的接触面积，减缓弹簧的生锈腐蚀及破坏程度。（4）拉杆拉杆装进弹簧座中，弹簧装在导套上之后，再将其装入弹簧座中，套在拉杆上面，弹簧和导套就作为一个整体在拉杆上来回伸缩滑动。（5）顶座顶座装在导套的右端，将丝杠丝座上所产生的张紧力传递到导套上面，使弹簧受力。（6）丝座丝座安装在驱动装置上，在紧链时，丝座与驱动装置一起在丝杠上运动带动着刮板链收紧与放松，达到紧链与松链的效果。（7）丝杠丝杠作为张紧装置中的重要组成部分，是张紧力发生的重要部件，其与丝座在外力的作用下产生张紧力。1.2油缸张紧装置与丝杠张紧装置相比，油缸张紧最大的改进就是使用液压油缸代替丝杠来提供链条张紧力，其结构如图2所示。图2油缸张紧装置结构1.安装座2.张紧油缸3.卡板组4.铰接球5.铰接板（1）安装座安装座是固定在中间运输机上面的，其主要作用是为张紧油缸的安装提供位置，用来固定张紧油缸的一端，紧链时其承受链条张紧所产生的反作用力。（2）张紧油缸张紧油缸是张紧装置驱动力的来源。来自泵站的液压油液驱动油缸使其伸长，在掘进机的操作台上有专门的控制手柄来控制张紧油缸，操作较为简单方便。（3）卡板组在紧链时，油缸将链条调整到合适的位置后，将卡板放入铰接球与油缸之间，就能将链条保持在张紧后的位置。在运输机工作时，其产生的冲击力作用在卡板上，避免油缸受到冲击力的影响，能够很好地起到保护张紧油缸的作用。（4）铰接球铰接球一端与张紧油缸相联接，另一端与与铰接板联接，能够起到很好的联接固定作用。在运输机工作时，由于受到振动及其他各种因素的作用，张紧装置很容易受到与油缸行程方向垂直的冲击力，这时铰接球与铰接板之间发生细微的相对滑动，可以减小冲击力对油缸的影响，提高其使用寿命。（5）铰接板铰接板与铰接球相配合起保护作用，其另一端与驱动装置相联接，在紧链时与活塞杆随动来完成紧链工作。22种张紧装置的工作原理及优缺点（1）丝杠张紧装置在紧链时需要工人拧动丝杠，由于与丝杠一侧联接的弹簧座是安装在运输机上面的且其位置是固定的，所以丝杠转动时丝座在丝杠上运动，带动运输机驱动装置在导轨上滑动，并带动链条运动，来达到张紧链条的效果。这种丝杠张紧方式需要工人使用扳手手动进行张紧，紧链时操作麻烦且较为复杂，紧链所需时间较长，费时又费力，并且中间运输机的链条通常几天就需要张紧一次，在煤矿生产要求高效率的背景下，使用丝杠张紧的方式就有些落后了。（2）油缸张紧装置的结构相对于丝杠张紧装置来说更为简单，并且在紧链方式上更加先进，油缸张紧液压原理图如图3所示。从泵站出来的高压油液经过减压阀的减压作用，使油液的压力降低到张紧油缸工作时所需要的压力，通过操作台上的控制手柄的开合来控制油缸的动作使其推动驱动装置在导轨上滑动，带动刮板链伸长来完成紧链工作，不再需要工人手动拧丝杠。并且紧链速度也有了较大的提升，减少了紧链所需时间，提高了生产效率。因此，与丝杠张紧装置相比，油缸张紧装置在操作方式、紧链效率等方面有了很大的提升，目前已广泛应用到了掘进机上，替代原丝杠张紧装置。图3油缸张紧液压原理图1.吸油过滤器2.电机3.组合变量泵4.减压阀5.换向阀6.张紧油缸3油缸张紧装置张紧力的计算为保证张紧装置能够正常完成紧链工作，要求张紧油缸所产生的推力要大于紧链时所需要的张紧第44卷第5期Vol.44 No.5掘进机中间运输机液压张紧装置设计郭继波12345612345M114第44卷第5期Vol.44 No.5掘进机中间运输机液压张紧装置设计郭继波力。张紧力的来源主要有3个方面，即货物重力在张紧油缸伸缩方向的分力、刮板链在张紧油缸伸缩方向的重力分力以及驱动装置在此方向上的重力分力，因此可得到张紧力FZ=qgnL（cos+sin）+q0gnL（cos+sin）+mqgn（cos+sin）9 179 N（1）货物单位长度质量，qS=133 kg/m（2）物料截面的最大面积SBH=0.2 m2（3）式中L刮板运输机的长度，L=6.52 m；刮板运输机的运输倾角，=8.7；货物在溜槽中的移动阻力系数，=0.7；刮板链在溜槽中移动的阻力系数，=0.2；q0刮板链单位长度质量，q0=35 kg/m；钢铁之间的动摩擦因数，=0.15；mq驱动装置的质量，mq=420 kg；被运物料的密度，=850 kg/m3；装满系数，=0.7；B溜槽宽度，B=0.612 m；H溜槽深度，H=0.32 m。4张紧油缸的设计计算由于双作用油缸加工难度大，造成其成本相对于单作用油缸要高很多，所以本文设计的张紧装置选用单作用油缸，由于其加工工序相对于双作用油缸要简单，因此可以节省成本。在此，根据上面计算所得到的张紧力来计算油缸的参数，油缸所需推力Pt=pAm=9 179 N（4）油缸内径面积A=14d2（5）式中p液压系统压力，p=18 MPa；m油缸的机械效率，m=0.96；d缸筒内径。将已知数据代入式（4）与式（5）中，得到d=26mm。本次计算所得的缸筒内径为理想状态下所需要的最小张紧力，因此不能按照此结果来设计生产油缸，取其安全系数的2倍，并综合考虑实际工作情况，取标准值d=63 mm。至此，油缸的设计工作基本完成。5结语张紧装置作为运输机的重要组成部分，用来张紧刮板链条，是运输机能够正常生产的重要保障。油缸张紧装置代替丝杠张紧装置安装在运输机上，提高了紧链的效率。油缸张紧装置中铰接球的存在对油缸以及整个张紧装置起到了很好的保护作用；卡板的使用提高了张紧的可靠性与油缸的使用寿命。参考文献：1张汝春.EBZ132掘进机输送机张紧装置计算分析J.煤矿机械，2010,31(11):3-4.2许辉，周恒博，章鑫，等.掘进机刮板输送机张紧装置设计J.煤矿机械，2017,38(7):90-91.3李晓豁，沙永东.采掘机械M.北京：冶金工业出版社，2011.作者简介：郭继波（1998-），山东泰安人，工程师，主要从事煤矿机械的设计研发工作，电子信箱：.责任编辑：张欣收稿日期：20220926115