铲插式装岩机工作机构参数的选择与计算.pdf

_ 2 4 煤矿机械 1 9 9 1 年第 4期 铲插式装岩机工作机构参数的选择与计算 哈 尔滨煤矿机械研究所祝思单 【 内容提要】 本文着重介 绍 7铲斗式 装岩机 的一 个新 的分支 铲插 式装 岩机 的结构和特 点，并叙 述 7铲斗 的结构 、参数的 连择 。铲斗 讦 { 状 及 几竹 足寸与 铲插 式 装岩机主要性能参数的关系与计算。 铲擂式装岩 机 是一 种新 型的铲斗装岩 机，属铲斗装岩机的一个新的分支。该铲插 式装岩机的铲斗 工作机构由前壁 侧壁 和斗齿组成，无斗底 饺接在刮扳输送机的 机尾轴上 。 铲插式装岩机的组成如图 1所示。 图l 铲插 式装岩机 1 一 铲 斗，2 一摆 臂} 3 一 翻斗 油缸 -4 一 措 斗油 缸 -5 一舌 | 椒■ 避机 -6 一 撵缴 箱 7 一行走 机 扮 J 8 一 电 气控 制箱 I 9 一 禳压 马达 铲斗装岩机按卸载方式的不同，一般可 分为直接姆载韵装岩机和有转载输送机卸载 的装岩机。 直接卸载的铲斗装岩机，按卸载位置的 不 同又可分 为 前装后 卸 式和 前装 侧卸式 两 种 。 前装后卸式铲斗装岩机是我国七十年代 前广泛使用的装岩机。装岩机作业时，铲斗 铲取的岩石被抛卸到机器后边的矿车内，其 行走机构主要采用轨轮式。由于生产率低， 作业 时需巷道高度较大， 目前已被淘汰。 前装侧卸式装岩机是近三十年发展起来 的，它的铲斗无璜 l 臂或保留某一面的铡壁， 铲取岩石后，通过斗栖的l_动作使铲斗向一佣 倾斜，从而把岩石饭 坤蓟运输设备内。前装 铡卸式装岩机与前装后卸式装岩机在结构上 主要区别是斗柄为非曲线的，铲斗的提起或 侧卸多为油缸的伸缩来实现舳。其行走机构 多为履带装置。这种装岩机具有能力大、机 动性好、生产率高等优点，故六十年代后在 国外 发展很 快。 铲插式装 岩机 即是 前装直接卸载，同 时又是带转载输送机的装岩机。铲斗插入岩 堆霏机器的行走机构实现的，铲斗的翻转和 抬起 由油缸的伸缩来实现 的，将岩石翻堆于 单 链刮板 输送机 的尾部，刮 板链 由液压马 达 驱动将岩石运 入机器 卸载 端的 矿车或梭车 四、质■情况 MD Y - 1 5 0 采煤 机截煤 部在进行1 5 0 0 小 时寿命试验中发现，修形齿轮传动平稳，噪 音明显减小。试验后拆检齿面没有剥落 、点 饿 胶合等破坏现象。 拆检井下使用一年半的采煤机时发现， 修形齿 轮齿 面没有任 何破 坏 现 象 ，磨 损正 常 ，齿面光 亮。 用户 反 映修 形 齿 轮传 动平 稳 ，改善了齿轮的传动性能，也大大地提高 了齿轮的使用寿命。 维普资讯 1 9 9 1 年第 4期 煤矿机械 ． 蝣 ‘ 内。 一 、铲插 武装岩 机的特 点 1 ． 比 电力铲 斗装 岩机 前 装后 卸式 效率高。 其原因是铲斗 在原位翻转7 0 。 ， 将岩 石堆卸于原位刮板输送机的尾部，没有象电 力铲 斗 装岩机的铲 斗 由机 器的前 部插入 、提 升 、绕机体 上部翻 转抛卸到机 器尾部的矿车 内 工 作机构循 环时间短 2 ． 可 以在 中 小颐 面的 巷遭 内施工作 业 。其原因 是铲斗 工作机 构 在原 位翻转 ， 即不 占巷道的 高度方 向空间， 同时又不向两 侧倾斜卸载，不与运输设备并行，所 以也不 占巷道宽度方向的空间。 、铲 斗 工作 机构 参数 的选 择 铲斗是底取式装岩机工作机构中的主要 部件，铲斗尺寸的大小，不仅直接影响斗容 的大小，而且关系到机器的生产率 同时铲 斗的形 状和尺寸大 小也影 响到 机器插 入阻力 的大小、 关系 到机器 的牵引 力和机器的重 量。所 以铲斗设计的好坏 ，将直接影响到机 器的 主要性 能参数 、生产 率 、牵 I 力 、机器 重量和行走 电机功率等。 1 ． 铲 斗铲 装过 程物料的物理 变化 在研究和设计铲斗形状及尺寸大小的时 候 应先 了解铲 裴过程物料 的物理 变 化。 装载机械铲装松散物料的过程发现 、铲 斗插入岩 堆后 见 图 2岩堆变 形为 A B FCDE， 包括三 部分 ； 第 一 滑 移体 A B F E变形 明 显} 第二 滑移 体C D EF 变形不 圈2 铲斗插入时料堆的 变形 够明显J同时在铲斗的作用下斗刃前缘的一 部分货料被压实， 形成压实区ED ， 压实区 是产生插入阻力的重要原因。压实区与插入 阻力、矿石物理机械性质、岩堆高度 、铲斗 插入深度以及铲斗形状等 因素有关，是日 f 起 插入阻力的内在 因素。插入深度和铲斗形状 是引起插入阻力的外在因素。通过改变外部 条件，改变压实区的状况。 1 插入深度对 插入阻 力的影响 铲斗插入 料堆的深 度愈 深 ，压实 区的体 积愈大，因而插入阻力也愈大。根据试验测 试测得 ，插入 阻力Pc 与插 入深 度Lc 的 1 ． 2 5 次 方成正比。 2铲斗几何形状对插入阻力的影响 试验证明，曲线形前缘 斗刃 在任 何情 况下 插入 阻力 都 比 直 线形 前 缘斗 刃小 1 O ～ 2 O ％，因为 曲线形前缘斗刃在插入料堆时其 中心突出部分可将料块分开，使前壁其余部 分 易于沿料块间的间隙插入。 图3 铲 斗 1 一斗 齿 J 2 一 前壁 -3 一 埘舞 维普资讯 ‘2 6 煤 矿 机 破 i 9 9 1 年第4 期 2 ． 铲 斗 的结构 铲 插式 装岩 机 的铲斗是 由前壁 、侧壁 、 斗齿焊接而成 见图3。 前壁。 当铲 斗放平后 ，应 使前壁 与地面 的夹 角 Ⅱ 5～ 8 。 ， a角不 能过大 ，过大会 使铲斗 的插入 阻力增 加 } a角也不能过 小， 过小 会使铲 斗插 入料堆时被某 些 块状物 料顶 起 而产生飘斗 现象。为 了减 少插 入阻力 、前 壁斗 刃的尖 部应做成 圆弧形 ， 以使物料在 斗 尖 的作用下容 易产生 流动， 而不 挤压 在 一 起 ，使斗 刃 的插 入阻力增加。前 壁斗刃 的尖 部 圆弧 曲率半径 为1 ． 1 ～ 1 ． 2 B，B为铲斗斗 刃 的宽度。 斗 齿。小型 装载机 的铲斗前壁 斗尖前 刃 一 般都镶齿，镶齿对铲装大块物料时有撬动 作用 ，但要短而粗，不宜 过多和伸 出前 刃过 长，可采用 8～ 5 个，斗齿在前壁上平行排 列 ，中间密两 边疏。 侧壁，铲 斗便9 壁 的形状对 插入 阻力也 有 较大影响。试验证明，压实区随铲斗侧壁的 倾角 a 的增大 而 急剧 增长， 因而引 起插 入 阻力 的增长 。 3 ． 铲 斗尺 寸的确定 这 类小 型 装 载 机的 总宽 度 受 巷道宽 度 的 限 制。 根据 煤矿 安全规 程第 1 9 条 、2 O 条的规定， 机 器的一侧留有0 ． 8 r a 的人行道 ， 另一侧 留有0 ． 2 5 ～0 ． , i r a 的距 离 ， 最小 断面 巷道 2 ． 5 r a 底宽 ， 机 器 的最大 宽度为 1 ． 3 m。 铲斗宽度受机器宽度和卸载宽度的约束，同 时考 虑 有较大 的斗容 ， 铲斗 的 宽 深 长 的比值为 1 ． 5 ～1 ． 81， 确 定 铲 斗 宽B 1 2 0 0 ram，铲斗深 长 L6 7 5 mm。 三、铲装机 主要参数 的计算 装岩 机铲斗 插 入料 堆并铲 取 物 料 的过 程 ，是 整个 装载 过程 的主 要矛盾 ，对 这一过 程 的分析 研究，是 铲斗装岩 机计算的基础。 研 究装载机 各使用性 能 时，都要涉及 作 用在装载机上的各力与运动间的相互关系。 装载机行 走时，需不 断 克 服遇到 的 各种 阻 力 。为克 服这些 运动 阻力， 装载 机必须具 备 足够的牵引 力， 以w 表示 各 种 运动 阻力 之 和， 以 F表示牵引力 见 图 4 。 图4 铲插式装岩机插八料堆时的力的分析 装载机 的运动 方程式为 。 FP 一∑ w W 。 0 式 中。 F ． 一牵引力 ，k g f ’ P 插 入阻力 ，k g f ； ∑w 静 阻力 ， k g f ’ w ． 动 阻力 动 阻 力 也 是惯性 力 ，k g f 。 W ∑W P。 W ． 所 以FW 0 E是 作用 在机 器上 的外力 ， 正是 存在过 一 外力 ，才能使车轮 前进。 F最大 值取决 于 轮面与轨 面的粘着 条件和机 器的重量 。 一 确定机器 的重量 根据 力的平衡条 件 F≤ Gm 式 中自 F 作用在 机器上牵 引力 k g f ’ Gm 机器 的粘着 重 量 k g f ， 1 lI车轮的粘着系数取1lI 0 ． 2 5 。 1 ． 各力的计算 1∑w静阻力计算 ∑W W 。 W i W k 式 中l W 。 运动 阻力，k g f ； w f 坡遭 阻力 ，k g ‘ w t 弯遭 阻力，k g f 。 故∑W ；Gr aW GI i 1W i Gm W t 式 中。w 运动 阻力 系数，取 W 。 0 ． 02 6 ， 维普资讯 1 9 9 1 年第4 期 煤 矿 机 械 w i 巷道 坡度 ，取 w i O ． 0 0 5 ’ w k 弯遭 阻力 系数，取W k 0 ． 2 5 W 。 0． 0 06 5 ∑W Gm 0 ． 0 2 6O ． 0 0 50 ． O O 6 5 0 ． 03 7 5Gm kg f 2P 。 插入阻力的计算 插入 阻力的大 小 与 铲 斗形状 、 插入深 度、铲斗宽度及岩石的种类、块度有关。影 响 插入 阻力的 诺因素只 能 通过试验 的方 法 测 得。一般情况只能先采用经验 公式计算，待 样 机地面试验 时，通 过测试再 修定 公式 中的 有关参 数。 P K K L。 ’ 。 B KdK 式 中I L 铲斗的插 入深 度 ，c I I 1 J B 铲斗 的宽度 ，c } Kk 货料块度系数，Kk 1 ． 0 J K 货料种类系数， K 0 ． 1 2 ， Kd 堆高 系数 ，Kd 1 ． O J K 斗形 系数，Kk 1 ． 2 。 插入深度 L 0 ． 5 ～ 0 ． 7 斗 前壁 长 0． 60． 6 75 0．4 0 5I “i l P。 10 ． 1 2X 4 0 ‘ X1 2 01 ．2 1 7 3 8 ． 2 7 k 匡 f 3W ． 由于运 动状 态引 起的惯 性力的计 算 w ． J m K 。 式 中， Kg 动力 利用系数 ， K 0 ． 2 } g 重力加 速度} J m 加速度 。 J m 2L 。 式 中t Vk 机 器来速度 ，Vk 0} Vh 一 机器 初速度 V h 0 ． 8 8 m／ s ， L。 一 铲斗插入 岩堆 深度， L。0 ． 4 m。 m 一o ． 9 6 8 m／ 。0 2 ．4 。 2 ▲ w ． -0 ． 9 6 8 o ． 2 一 O ． 0 1 9 7 Gm 4计算 总 阻力 W ∑ W P。 W ． O ． 03 7 5 G m 一0 ． 0 1 9 7 Gin 1 738． 2 7 0 ． 0 1 7 8 G m 1 7 3 8 ． 2 7 2 ． 机器重量 的计算 因为F≤1 }Gm 即0 ．． 0 1 7 8 Gm 1 7 3 8 ． 2 7 ≤O ． 2 5 Gin 所 以Gm≥ 0 ．2 32 2 ≥ 7 ,1 8 6 k g 机器 的粘着重量 即为机 器的重 量，所 以 确 定Gm 7 5 0 0 k 7 ． S t 二生产率的计算 1 ． 理论 生产率 Q理6 0 nVKi K m ／ h 式 中；Q 理论生 产率 ’ n 一铲斗 每分 钟铲 取 次数， n8 次’ V一铲斗斗 容，V0 ． 3 M。 J K， 铲斗装满系数， K， 0 ． 7 5 } Kj 斗容系 数，Kl 1 ． 1 。 Q理6 080 ． 3X1 ． 1 0 ． 7 5 1 1 8 ． 8 m。 ／ h 2 ． 技术生产率 Q技 Q理 KtK 式 中t Q拄 技术生产率 J K 斗 形系 数 ，取 K1 ． 1 ’ K 铲斗 装载 困难 系数 。 当平 均块度为 t 1 0 0 ～2 0 0 mm，取 K I -- g 0 ． 8 7 2 0 0 0 0mm，取K t 2 ． 3 0 ． 8 0 3 0 0 ～ 5 0 0I I 1 m ，取 Kt s 一 5 0 ． 7 0 。 故在不同块度时技术生产率为； 维普资讯 髓 煤矿机械 1 9 9 1 年第 4 期 当 K t 1 2 0 ． 8 7 ， Q技1 1 8 ． 80 ． 8 7 1 ． 1 l 1 3 ． 6 9 m ／ h 当 Kt ≈ 一 。 0 ． 8 0 ，Q技 1 1 8 ． 80 ． 8 1 ． 11 0 4 ． 5 4 m l h 当K a 5 0 ． 7 0 ， Q技1 1 8 ． 80 ． 7 1 ． 1 9 1 ． 4 7 m ／ h 。 实 际生产 情况，岩 堆由不 同块度 混 合组 成 的 ，一般 小块 、 中等块 度较多 、 大 块少 些。小块 占蛐 、中等块度 占4 O 、大块 占 2 O ％，这样 Q 为1 0 5 ． 5 8 m。 ／ h，机 器标 牌上 标定技术生产率取整为1 0 0 12 1 ／ h 。 三行走电机功率的计算 1 ． 牵号 I 力F 的计算 F0 ． 0 1 7 8 G m 十1 7 3 8． 2 7 式 中的Gm为 机器 的重 量7 ． 5 吨， 但 实 际工作时输送机的槽中装有岩石，平均重量 为5 3 0 k g 。 故装岩机工作时的实际重量为t G1 1 17 5 0 053 08 0 3 0 kg 所 以，F ． 0 ． 0 1 7 8 Gm 1 7 3 8 ． 2 7 1 8 8 1 ． 2 k g f 2 ． 行 走电机功率 的计 算 N里 1 0 2 - q 式 中{ V 行走速度 ，0 ． 8 8 m／ s , 行 走减速器效 率， O ． 7 5 。 w一 1 8 8 1 ． 20 ． 8 8 ⋯ 1 0 2 x 0． 75 2 1 ． 8 4 k W 选 取 J BI - 8型，l O ． 5 5 k W 1 1 6 7 0 r ／ mi n } 电力装岩机电动机两台， 共计为2 1 k W。 选取 的 电动机功 率略小于计 算的 电动机 功率 我们认为可以满足工作要求，其理由 如下 I 1 ． 电动机有一定 的过载能 力 ，特 别是 电力装岩 机行 走 电动机 ，设 计时考 虑到装岩 机的冲 插工作 特性， 有1 0 2 0 ％的过载能 力 。 2 ． 装岩 机工作时 ，不是 一 次插 入达 到 铲斗的插入深度，而有时是边插入，边翻铲 斗、继续插入、继续翻斗 、最后达到铲斗 的 插 入深度。铲 斗插入 和翻 转 的运动轨迹是条 曲线。这样工作可以使机器的行走功 率和机 器重量 小一些 。 四 、结 语 目前设计 的样机适用于小断面巷遭施工 作业 ， 斗容为0 ． 3 m ， 技 术生产率 1 0 0 m。 ／ h 。 岩巷 半煤 岩巷 高档 普通机 械化作业线； 钻孔用Y YT - 3 0 型支腿式液压凿岩机， 装岩 用铲插式装岩机，转载运输用 拨式矿车卸入 矸石仓。 如没有矸石， 梭车可 退入调车道 大肚道，将棱车内的矸石 通一台小型胶 带转载机，做二狄转载，卸入矿车内，矿车 升井 卸入矸石 山。 普通机械化 作业 线。钻 孔 用风动凿岩机，装岩用铲插式装岩机，转运 用矿车，矿车升井卸入矸石 山。煤巷。钻孔 煤电钻， 装煤时将铲 插式装 岩机铲斗换成 加大一倍到0 ． 5 12 1 。 的铲装机，转载可用梭车 或用可移动的胶带转载机，运输用刮板输送 机或胶带输送机。 系列化设计 适用 中型 断面 和大 型断 面巷 道 施 工作 业的0 ． 6 m。 、1 ． O I D ． 铲插式 装岩 机，来装备 日益提高的巷道掘进机械化作业 线 的需要。 上接第 5 页 r - -， 产中要馓到均衡生产。另外，我国 目前生产 求。建议部局也采用发放生产许可证等认可 各种绞车的厂家过百，有很多厂家不具备合 手段，从而扩大专业厂批量，有利于提高质 格的生产、检测条件，产品质量 达不 到 要 量 、降低成本。 维普资讯