1、煤矿带式输送机自移机尾承载力的提升与应用研究任家苇（晋能控股煤业集团煤峪口矿机电部，山西大同037003）摘要：针对现有煤矿工作面常规的带式输送机自移机尾拉移适应面较窄的问题，为达到综采工作的高效性和科学性，设计了一种针对破碎顶板情况的新型带式输送机机尾，建立自移机尾中间架的模型，设定极端环境下参数指标，模拟出中间架体受力情况，对结构进行优化以提升其承载能力。通过验证结果显示：优化后自移机尾中间架体的最大应力以及位移量明显降低，刚度显著提升，其可靠性和实用性得到有效保证。关键词：带式输送机；自移机尾；中间架体；结构优化中图分类号：TD634.1文献标识码：A文章编号：1003-773X（202
2、3）06-0110-030引言目前，随着国际社会对能源增长的需求不断提高，煤炭的保供形式仍然严峻，企业对于矿井综采工作面高效采煤的需求也“水涨船高”，因此通过优化和改善设备的性能来提高煤炭产量也日趋重要。当前很多煤矿选择以“转载机+自移机尾+带式输送机”的运输方式开采煤炭，该方式能够有效地提高和实现煤炭的安全高效开采1。自移装置是顺槽转载机和带式输送机中间的衔接装置，适用于高产高效的综采工作面，其具有自移、调偏和调高等功能，满足工作面快速推进的需求。在日常生产过程中发现自移机尾本身也存在一定的结构问题，其结构的承载能力以及适用性存在短板，在经过对其关键部位的结构优化后，可以使得设备省去反复撑顶
3、的过程，直接完成整机的牵引支撑工作，从而使得自移机尾对巷道的适应性大幅提高。而中间架作为整机中的重要承载结构部分，还承载着轨道支撑的功能，所承受载荷复杂，其结构的承载能力决定整机的性能。再考虑到中间架数量较多的问题，为了保障设备的互换性，故对其进行统一设计。中间架的结构优化设计至关重要2-3，只有通过结构优化改善设备性能，架体的可靠性与适用性才能得到保证。1中间架架体总体结构设计带式输送机无反复支撑自移机尾中间架架体设计受多种因素影响，具体要考虑到其中的几个关键指标，包括输送能力、输送带带速、输送带带宽、抬升机构以及托辊结构形式。1.1托辊的选型结合煤矿具体矿井的环境情况，涉及到的带式输送机所
4、需要的输送带宽为 1 200 mm，保持 1 000 t/h的输送能力，矿井的最大倾斜角度不超过 8。经过环境、物料冲击和设计因素的考量，选定三托辊布置的缓冲型托辊，长度定为 420 mm4-5、直径 133 mm，所以回程托辊用长 1 280 mm、直径 133 mm 的普通型托辊。1.2推移支撑结构设计自移机尾的推移支撑机构主要承担的是自身的推移和抬升工作，所以将两组抬升机构装配在中间架两侧，整体结构如图 1 所示。通过对相关的油缸外形及需要的承载能力等因素的确定来设计具体抬升机构数据，对托辊形式进行选型，最终完成中间架架体的初步设定方案。2中间架架体可靠性分析2.1载荷与模型建立设计的机
5、尾中间架架体在工作过程中所受的载荷主要来自自身质量，物料质量，设备质量，推移拉力以及其余设备施加的拉力、阻力6。对于承载力分析工作是基于 Solidworks 软件之上的，首先模拟出中间架架体模型；然后精简模型，去除无用小模块，例如其中的尖角或倒角，以此来减轻下一步的网格划分工作和计算分析工作。2.2静力学仿真分析通过分析调用 Solidworks 中的 Simulation 模块，定义模型的材料和受力，然后在设定网格精度，完成网格划分工作，然后进行具体的数据模拟分析，最终得到如下页图 2 所示的架体主应力分布和合位移7-8。通过下页图 2 得到，架体受力的分布中，主要对收稿日期：2022-0
6、4-29作者简介：任家苇（1991），男，山西阳高人，本科，毕业于太原科技大学，工程师，研究方向为煤矿机电。总第 242 期2023 年第 6 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 242No.6，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.06.044图 1中间架整体结构抬升固定座承载分支托辊搭接小车轨道行走轮组回程托辊中间架轨道优化改造2023 年第 6 期其关键受力节点进行分析，其中固定托辊结构以及搭接小车轨道处的应力较大，但是保持在 50 MPa 内，且小于材料的许用应力及屈服应力。在架体抬升固定座耳板处同样
7、是承载较大应力，是整个结构最大应力节点，且具体数值大于材料的许用应力，这就意味着整个架体综合强度欠缺。这其中的内因是此处承载了抬升油缸等重物的力量，所以导致此处需要承载较大的弯矩，最终反映为该处节点主应力较大。由图 2 中的机架位移量反映结果得出，中间架架体的综合位移达到 1.2 mm 以上，尤其是分析出的架体间连接耳座之间出现较大位移量。这是由于该节点承受了较大的拉力，加之承载的提升力量及重力等，导致架体产生最大位移。对于架体两侧设定有固定座，由于其负担抬升移动等工作，承载较大复杂应力，架体的整体结构中是单横梁结构，这种结构极易使得设备在抬升过程中出现抬升机构损坏的情况，这将会使得整个架体的
8、承载力增大，从而增加了架体发生失效的事故概率，所以对架体整体刚度的提升很有必要，避免因机架失效而发生设备事故。3中间架架体优化在自移机尾进行具体的抬升动作时，架体固定座处将会受到来自架体各处的施加应力，经过模拟后显示其强度不足，因此需要对其受力节点座耳板处开口结构优化，如图 3 将其设计为封闭型箱体，这样能够使得其在刚度及强度方面大大增强。同时，架体采用双横梁结构，这样也能使其整体强度及刚度获得明显提升9-11。经过对其结构的优化后，设定相同的载荷参数以及承载环境，然后进行数据模拟分析，得到如图 4 的优化后的中间架架体所受应力分布及合位移云图。通过图 4 结果得到，优化后架体的主应力没有超过
9、 50 MPa，这就满足材料的使用要求。尤其是关键受力节点的应力值，发现固定座耳板四处的主应力415.2 MPa 与优化前相比从 150 MPa 下降到 35 MPa，下降近 115 MPa，说明架体的整体强度在优化后明显提升。在结果中发现架体最大应力为 415.2 MPa，这与材料许用应力值相比数值较高，通过云图分析，主要的受力位置是在支撑立柱与横梁交点处，说明此处发生应力集中的概率很大。所以在进行该处的焊接时必须保证其质量合格，并且通过喷砂或喷丸对整体进行应力卸载等处理，尽可能减少发生应力集中的情况，从而提升设备的可靠性12。在架体应力点的位移方面，优化后和优化前的位移趋势是呈现一致的，优
10、化效果为最大位移减小了30%以上，说明优化后架体的整体刚度有效提升；尤其是固定座耳板处，云图显示位移变形量明显降低，固定座优化后的刚度提升效果明显。优化后的自移机尾在投入到综采工作面后效果显著，优化后的中间架体未出现任何异常情况，具有较高的可靠性，并且能够在更加严苛的环境中长时间使用，自移机尾中间架车间装配体如图 5 所示。4结论针对现有带式输送机自移机尾可靠性低且适用性不强等问题，提出一种新型的结构优化形式，并对其进行科学的仿真模拟优化，再进行受力模拟分析，再将优化改良后的设备应用于生产实际，最终结果满足设计需求。1）通过分析显示，自移机尾优化前，产生失效的位置是中间架体两侧固定座耳板处，该
11、处容易发生应力集中，造成失效的可能性较大。2）优化后的中间架体固定座更改为封闭式，同时增加横梁数量，经过分析后显示固定座耳板主应力减少 115 MPa 左右，架体最大位移减小了 30%以上，大幅提高了中间架体的强度；最后还要注意焊接处的应力的卸载工作，使用喷丸等工艺，增加设备使用寿命。图 2架体主应力分布和合位移图 3固定座优化前后结构对比3-1优化前3-2优化后图 4优化后中间架架体主应力分布和合位移图 5自移机尾中间架15012510075500应力/MPa1.2621.1501.0500.9460.8410.7360.6310.5260.4200.3150.2100.1050.100合位
12、移/mm1501251007550250应力/MPa0.8060.6710.5370.4000.2680.1340.100合位移/mm任家苇：煤矿带式输送机自移机尾承载力的提升与应用研究111机械管理开发第 38 卷参考文献1王赞.迈步式自移机尾的研究J.机电产品开发与创新，2017，30（1）：34-35.2金毅.带式输送机自移机尾的研究J.煤，2007，16（7）：10-11.3李建华.智能化带式输送机自移机尾的研发J.太原科技大学学报，2015，36（1）：64-67.4宋宇宁，徐晓辰.基于 SolidWorks 和 ANSYS 的液压支架顶梁疲劳可靠性分析J.煤炭工程，2019，51（
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15、echanical and Electrical Department of Meiyukou Mine,Jinneng Holding Coal Industry Group,DatongShanxi 037003）Abstract:In order to achieve the efficiency and scientificity of comprehensive mining work,a new type of belt conveyor tail is designed forthe conventional self moving tail pulling process of
16、 belt conveyors in existing coal mine working faces.A model of the middle frame of theself moving tail is established,and extreme environmental parameter indicators are set to simulate the stress situation of the middle framebody.The structure is optimized to enhance its bearing capacity.The verification results show that after optimization,the maximum stressand displacement of the middle frame of the self moving machine tail are significantly reduced,and the stiffness is significantly improved.
