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全断面掘进机下滚筒装置主要参数的计算

范文

刘志明黄圣玲

摘要：本文介绍了全断面掘进机使用的下滚筒装置的工作原理，分析了下滚筒装置的主要参数及对其破煤能力、输送物料能力等的影响；阐明了下滚筒装置各主要参数的选择和确定的原则及理论依据；描述了下滚筒装置的螺旋叶片的结构、调整方式；叙述了物料输送的整个流程；总结了下滚筒装置的结构优点；展望了未来发展的趋势及其结构优化的方向。

关键词：下滚筒装置；工作原理；参数选择；发展趋势

中图分类号：TD42 文献标志码：A

0 引言

下滚筒装置是全断面掘进机主要的部件之一，其性能直接影响着整机的生产能力。由于全断面掘进机的装机功率很高，生产能力远远超过了以往的部分断面掘进机和连采机，这就对掘进机的装运机构的工作能力也提出了新的要求。全断面掘进机的下滚筒装置的滚筒采用中心对称的双螺旋叶片结构，利用螺旋叶片将截齿截割下来的物料由两侧输送到中间第一运输机的入口处，利用滚筒转动的离心力将物料抛向第一运输机，通过第一运输机将物料输送给整机后面的皮带机。边滚筒具有伸缩功能，方便调车。这种结构具有运量大，速度快、清底好等优点。

1 主要参数的确定

1.1 下滚筒裝置的转速

下滚筒装置的转速与输送量成正比关系。随着转速越快，下滚筒装置的生产能力越高，转速小则导致下滚筒装置的输送量下降。转速过高也不满足要求，因为当转速超过极限值后，煤块在离心力作用下向外运动，导致无法输送煤块。所以，我们对转速N进行了限定。

通过经验公式，下滚筒的临界转速为：

式中：A—煤块的综合特性系数，取50；D—螺旋叶片外径1.2m。

因此，下滚筒装置的转速应根据煤块的输送量大小、下滚筒直径和煤块的特性而定，则：

设定此次下滚筒装置的转速为46r/min。

1.2 下滚筒叶片直径

下滚筒叶片的直径是下滚筒装置的重要参数之一，对下滚筒装置的生产量和整个结构尺寸有很大影响。根据下滚筒装置的生产能力、输送物料特性和布置形式确定下滚筒装置的叶片直径。设定此次下滚筒装置的叶片直径为d=1.075m，齿尖直径为D=1.2m。

1.3 螺距

下滚筒叶片的螺距同时决定着螺旋的升角大小和物料运行的滑移面的大小，它直接影响着煤块输送的多少。输送量Q和直径D确定后，螺距大小的改变，物料运动的滑移面则对应改变，导致煤块运动速度分布也变化。

一般S=K1×D

式中，S—螺距与直径的比例系数，一般水平布置取0.8～1.0。取系数数值为1，则取此次下滚筒装置的螺距为1.2m。

1.4 螺旋轴直径

下滚筒螺旋轴直径大小的选择主要从以下方面考虑。首先它与螺距有密切关系，他们决定螺旋叶片的升角，还决定煤块的滑移方向和速度的状态分布，所以确定最合理的轴径与螺距的关系时，应考虑螺旋面与物料的摩擦关系。

首先要物料在料槽中保持轴向的移动，要满足以下条件：轴向速度要大于0，如果下滚筒叶片直径较小，则还应满足的第二个条件是：轴向速度要大于圆周速度。在满足要求的情况下，做到结构紧凑。因为下滚筒装置的填充系数较低，所以要保证叶片外侧的物料要有比较大的轴向速度，这个轴向速度要大于速度。

轴径的经验公式：d1=（0.2～0.5）D

根据滚筒减速机及其传动结构尺寸，此次下滚筒装置的螺旋轴直径取值为：d1=0.47×D=0.47×1.2=0.56m。

1.5 填充系数

填充系数对煤块的输送量大小和电机功率的消耗有很大影响。填充系数越小，物料堆积高度越低，物料靠近螺旋的外侧，物料在输送方向上的运动占主导地位，能量消耗则低；填充系数越高，煤块运动形成的滑移面越陡，圆周方向的运动大于输送方向的运动，就会导致输送速度的降低，所以，填充系数一般小于0.5此次计算，经过查阅JB/T 7679标准，取φ=0.33。

1.6 倾斜角度

下滚筒装置的倾斜角度对于下滚筒装置有影响，体现在输送过程的生产率大小和功率消耗多少两个方面。下滚筒装置的输送能力大小是随着倾斜角度而改变，角度变大，则输送能力迅速降低，因为倾斜角度的增大，填充系数就会越小，进而导致输送能力的降低。此次下铲板的滚筒为水平布置，则系数选为1。

1.7 下滚筒装置的转向

由于第一运输机在机身的中间，所以滚筒采用中心对称，螺旋叶片向中心运输的结构布局。

2 功率分析与计算

2.1 功率分析

新滚筒功率的消耗主要考虑以下几个方面：第一，物料运行需要的功率；第二，设备空载运转所需功率；第三，倾斜状态引起的附加功率，共3个部分。

2.2 功率计算

2.2.1 下滚筒驱动功率

根据英国的埃文斯公式，单个截齿受力为：

F=16×4×4×8.7×8.7/0.79/40=614N

得，T=F×D/2=614N×1.2m÷2=368.4N·m

T总=T×N=368.4×70=25788N·m

由P=T×ω÷9550=25788×46÷9550

得P=125kW

2.2.2 下滚筒螺旋输送功率

（1）煤机开采量：

将已知参数值代入式（1），得：

Q=60×V×ρ1×A （1）

Q min=867.9÷2=433.95t/h

（2）滚筒的质量输送量Im：

将已知参数值代入式（2），得

Im=47×ρ×φ×（D?-d?）×S×N （2）

Im=555.11t/h≥Q=433.95t/h

下滚筒螺旋输送能力满足设计要求

（3）下滚筒装置的输送功率P：

Ph=Im×L×λ/367=761.8×3×5.4/367=33.6kW

Pn=D×L/367=1.075×3/20=0.17kW

则螺旋输送的功率P =33.6+0.17+0=33.77kW

则P总=125+33.77×2=192.54kW

减速机效率η取0.9

电机效率η取0.9

储备系数用k表示，取值为k=1.2～1.4。

P=1.3×192.54kW÷0.9=278kW

结语

全断面快速掘进机的下滚筒装置同时具有截割和运输煤块的作用，所以在设计时需要同时考虑它的截割机理和运输原理及其相应的结构方式，根据整机的进尺量和开采量来确定对应的结构形式和尺寸。此种下滚筒装置在巷道一次成形的条件下，依然具有清底效果好，运量大，速度快的优点。未来发展方向和趋势必然是采用更小直径的截割滚筒，其具有较低的截割振动，更强的过断层能力，更长的使用寿命和更低的能耗比。

参考文献

[1]黄石茂，螺旋输送机理及其主要参数的确定[J].广东造纸，1998（3）：27-31.

[2]徐余伟，螺旋输送机设计参数选择[J].科技纵横，2008（7）：34-36.

[3]JB/T 7679—95，螺旋输送机[S].

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