煤矿井下巷道矸石填充机.docx

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煤矿井下巷道矸石填充机

煤矿井下巷道矸石填充机

设计研制报告

二OO八年十二月

一、项目来源

由于济三煤矿煤炭含矸率高，井下运输困难，升井成本高，加上矸石升井后，需建立矸石山，占地面积大，环境污染严重，存在安全隐患等现状严重，所以想采取矸石不升井，在井下进行巷道填充方式。

这种方式既解决了矸石升井难问题，又减轻了地表塌陷问题。

由于目前国内外还没有成熟的实现块状矸石连续巷道填充的设备，所以煤矿井下巷道矸石填充机研制成为急需解决的重大课题，列入了兖矿集团公司07年科技攻关计划。

二、方案设计分析

第一、巷道填充。

要实现全断面巷道的填充，就要设计一条能够升降、回转、伸缩的皮带，根据巷道断面的不同，能够自动调整。

由于物料的填充有一定的堆积角，顶部形成尖顶状，这就需要抛射皮带能够在正常运转的情况下还能够灵活的伸缩动作，达到把顶部填平的效果；由于皮带卸载滚筒不可能紧贴巷道顶部，要保持一定空间，这样可能造成巷道顶部填充不实，留有一定空间。

为达到更好的填充效果，皮带带速要高，要具有一定的抛射能力，且需要有一套推平装置。

综合以上要求，我们需要设计一条能够伸缩的抛射皮带机，安装在一个回转台上，利用液压缸动作来实现抛射皮带自动升降、回转、推平功能，以满足要求。

第二、矸石运输和填充给料。

要把井下或地面的矸石运输到被填巷道，并传送到抛射皮带上，实现矸石运输和填充给料功能。

我们想利用皮带机进行运输，把卸载滚筒与抛射皮带搭接，搭接点固定在抛射皮带的回转中心上，实现给料动作。

考虑到尽可能利用原掘进巷道运输工具，在巷道掘进完成后，撤除掘进机，安装填充机就能工作，所以确定选用掘进机第二运输机倒拉作为矸石的运输工具，减少了一次皮带机安装、撤除工序。

设计一卸料滚筒搭接在抛射皮带上，作为第二运输机的机尾卸载滚筒。

由于填充机要随着巷道的填充在巷道内不断后退移动，受料卸载滚筒可能要偏离第二运输机的中心线，造成皮带跑偏，这就需要设计一套能够自动调整装置，不断调整受料卸载滚筒，保证第二运输机正常运转。

第三、具备行走功能。

要实现巷道的连续填充，设备就必须能够移动。

当巷道填充完一段后，设备向后移动一个填充距离，进入第二个填充循环。

效仿掘进机，为设备设计两个履带板式液压驱动行走部，装在设备两侧，灵活的实现设备前后、回转、制动等动作。

第四、为实现一系列的液压油缸、马达的动作，需要为设备设计一套可靠的机载液压泵站来满足系统需求。

通过以上分析，该设备应该有送料卸载、抛射皮带、行走三大机构和液压、喷雾、电器三大系统组成，并通过底架总成将各执行机构有机的组合于一体。

为更好适应井下巷道的底板起伏变化，增加机器的稳定性，为设备设计两个后支撑器，装在设备后面。

三、结构参数的设计：

1、抛射皮带结构形式的设计：

抛射皮带是一条伸缩式皮带，能够自动伸缩，伸缩行程1000mm，选用高速电动滚筒为驱动动力，具有一定的抛射能力。

1）抛射皮带长度的确定：

根据设计要求，抛射部分前端要求达到的最大高度为5.5m，粒度为≤250mm的矸石向上升动时不发生滚动的最大角度为18°，综合以上高度和角度条件，考虑行走架体和回转工作台的高度尺寸，可确定抛射皮带两改向滚筒的中心距为9000～10000mm。

同时，这一长度尺寸能够满足抛射皮带在左右回转摆动时，抛射端摆动宽度达到5.5m的要求。

2）抛射皮带带宽的确定：

由于考虑到尽可能利用原掘进巷道运输工具，选用掘进机第二运输机倒拉作为矸石的运输工具，填充机要和掘进机第二运输机配套使用，从运量匹配关系考虑，抛射皮带的运量应大于掘进机第二运输机。

因掘进机第二运输机的带宽800mm、带速为2m/s，考虑到抛射皮带的带速要高于掘进机第二运输机，因此，确定抛射皮带的带宽为800mm，能够满足运量的要求。

3）抛射皮带带速的确定：

从运量关系匹配方面考虑，进机第二运输机的带宽800mm、带速为2m/s，抛射皮带带宽800mm，带速选为2.5m/s就能满足运量需要。

考虑到皮带带速越高，抛物线的抛射距离就越远，效果就越理想，但从带速、带宽与皮带跑偏的关系考虑，当皮带速度一定，带宽越窄越易跑偏；当带宽一定，带速越高，则皮带越易跑偏；因800皮带带宽较窄，所以皮带速度不宜过高。

因此最后确定抛射皮带的带速为3.15m/s.。

4）抛射皮带电滚筒功率的确定：

由于电滚筒与外驱动装置比较有重量轻、体积小、外观整齐、性能可靠、维修方便等优点，在较短皮带传动中较常采用。

因此抛射皮带采用电滚筒作为驱动滚筒。

电滚筒功率计算：

PA=0.36（40+L）（B-300）*v/10000+（40+L）*Q/1000+0.00273Q*H

=0.36（40+9.56）（800-300）*3.15/10000+（40+9.56）*200/10000+0.00273*200*4.5

=2.81+0.99+2.46=6.26kw

注：

L=抛射皮带两改向滚筒中心距的水平投影长度9.56m；

B=胶带宽度800mm；

H=矸石提升最大高度4.5m；

V=滚筒表面线速度3.15m/s；

Q=胶带输送量200t/h

由于光面滚筒的传动总效率η为0.88，因此电机功率P=Pa/η=7.125Kw

根据电滚筒选用的修正原则；每天连续工作超过8小时的，功率需提高一挡；频繁启动，功率需提高一挡，最后确定电滚筒功率为11Kw。

5）皮带伸缩结构的设计：

要想实现皮带在正常运转的同时实现自由伸缩，就必须要保证卸载滚筒伸、缩的同时，涨紧滚筒同步缩、伸动作，保证皮带时刻处于涨紧状态。

采用两个液压油缸串联（如图一），在确保缸1的活塞杆腔有效面积与缸2的活塞腔有效面积相等的条件下，就能实现两油缸同步动作。

抛射皮带结构如图二所示。

附图二

2．行走机构参数的确定：

由于整机重量比较重，所以选用履带板式结构行走机构，降低接地比压；采用带有液压闸的液压马达通过减速箱减速驱动，增大了牵引力，提高了可靠性。

同时，液压控制能够实现无级变速，操纵液压手柄可实现前进、后退、转向、制动等动作。

3．回转工作台结构形式的设计：

由于抛射皮带要实现高度调整和水平的回转摆动，因此，必须设计一个能联接抛射皮带和底架总成且有绕Y轴旋转和绕Z轴旋转两个自由度的回转工作台。

回转工作台由回转架、回转轴承和回转轴承底座组成。

回转架的上耳座与抛射皮带的支点销接在一起，回转轴承底座的前耳座联接抛射皮带的调高千斤顶的下端。

这样，当调高千斤顶工作时，抛射皮带就会绕回转架上耳座的联接销旋转，实现抛射皮带的高度调整。

回转架上还设有联接回转千斤顶的余口，回转千斤顶一端联接回转架，一端联底架总成，当回转千斤顶工作时，就会驱动回转架及抛射皮带绕轴承底座旋转，从而带动抛射皮带实现左右回转摆动。

4．底架总成结构形式的确定：

底架总成与行走部用螺栓联接在一起。

它是其余各主要部件的载体，前部装有回转工作台和抛射皮带，后部装有调平机构、调偏机构、液压泵站、电控箱和送料卸载机构。

底架后部两侧分别装有一个后支撑器，以支撑后部悬出部分的重量。

在底架总成后部的上面，沿纵向对称中心线前后设置两个耳座，调平装置与这两个耳座联接，底架总成的下面靠纵向对称中心线的左、右两侧对称设置两个耳座，该耳座联接调平千斤顶的下端。

调平千斤顶上端与调平机构联接。

为井下运输方便，底架总成设计成两节，用两排高强螺栓联接成一体，结构见附图四。

附图四

5．调平装置结构形式的确定：

调平装置由调平架和调平千斤顶组成，调平机构调平角度应达到±6°。

调平架的下面沿纵向对称中心线设置两个耳座，与底架总成上的两个耳座用销轴联接，在纵向对称中心线的左、右两侧各设置一个耳座，用以联接调平千斤顶的上端。

这样，当调平千斤顶工作时，调平架就能相对于底架总成调整其水平。

调平机构的上面沿横向对称中心线设置前后相对的两个轨道，供调偏架的轮子左右行走。

调平架的上面还设有调偏千斤顶的联接耳座一个。

结构见附图五

6．调偏机构结构形式的确定：

调偏机构由调偏架，调偏千斤顶组成。

调偏架底部的前后两侧分别设有支撑轮和水平轮支撑于调平架上的轨道内。

调偏千斤顶一端联接调偏架，一端联调平架。

当皮带跑偏时，操纵调偏阀手柄，控制调偏油缸伸缩，带动调偏架的调偏动作。

调偏架后部设有卸载滚筒组转动轮动行的轨面。

附图六

考虑到机器重心稳定性，并为了合理利用空间，使机器整机结构紧凑，把液压泵站布置在调偏架体内部，结构见附图六。

7．卸载滚筒组结构形式的确定：

卸载滚筒组前端与调偏架前端销接在一起，中部靠两个轮子支撑在调偏架的轨面上。

卸载滚筒在皮带接力的作用下，可绕铰接点旋转，从而实现卸载滚筒的自动调向。

卸载滚筒框架上左右各安装一个防跑偏立滚，以控制皮带的跑偏。

另外还装有上皮带托辊、下皮带托辊和下皮带压带滚筒（结构见附图七）。

附图七

8.液压系统的设计：

根据本机动作功能要求，设计一套开式回路系统，工作介质为N100#抗磨液压油，系统压力为16MPa，原理见后附图。

四、整机参数

1.适用条件

巷道高度范围2.8~5.5m

巷道宽度范围2.5~5.5m

巷道倾角度+6°~-16°

2.送料卸载机构技术参数

送料卸载滚筒直径320mm

带速2m/s

皮带宽度800mm

送料卸载架调偏角度9°

调偏架调偏行程400mm

调平机构调平角度±6°

3.抛射皮带技术特性

液压滚筒直径φ400mm

皮带宽度800mm

带速3.15m/s

输送量200t/h

高度调整范围2.8~4.5m

宽度调整范围2.5~4.5m

4.行走速度7.9/2.6m/min

5.液压系统技术特征

油泵电机：

22KW风冷式隔爆三相异步电动机1台

三联齿轮泵，型号：

CBZ50/40/321台

行走马达：

ME3002台

系统最高使用压力16MPa

油箱容量300L

工作介质N100＃抗磨液压油

6.供电电压660/1140V

7.外形尺寸：

长×宽×高（最小尺寸）14000mm×2790mm×2250mm

8.重量：

≈22t