掘进机用悬臂式皮带转载机
王振亮
摘 要：掘进机用悬臂式皮带转载机主要用于隧道工程内物料转载使用，可有效解决悬臂式隧道掘进机和矿用卡车之间转载物料二次落地问题。最终通过悬臂式皮带转载机将掘进机排出的物料输送至卡车上，实现中介转载，避免物料二次落地，保证转载及运输的连续性，实现开挖与出渣并行作业。
关键词：悬臂;皮带;转载机;掘进机
中图分类号：TD421? ? ? ? 文献标志码：A
0 引言
我国是基建大国，近年来，公路、铁路、市政管廊等隧道工程逐年增多。隧道工程的施工方法主要有钻爆法、盾构法及采用悬臂式隧道掘进机开挖法。悬臂式隧道掘进机适用于中短距离隧道开挖，其在隧道工程上的应用逐渐被行业内认可。隧道掘进机排出的渣石直接落地，产生二次扬尘污染，落地的渣石还需通过挖掘机等设备收集，并经过卡车运出隧道外。隧道掘进机工作时，挖掘机和卡车处于半闲置状态，而挖掘机装载渣石时，掘进机又不能工作，这样的施工工序效率较低。为此，掘进机用悬臂式皮带转载机作为隧道掘进机的辅机应运而生。
1 掘进机用悬臂式皮带转载机
掘进机用悬臂式皮带转载机可以直接将隧道掘进机排出的渣石提高到卡车车厢的高度，将渣石输送至卡车车厢内，实现中介转载。掘进机用悬臂式皮带转载机避免了隧道掘进机铲板和一运收集来的渣石二次落地的问题，保证了隧道开挖和渣石输送的连续性，提高了隧道施工的速度，不影响隧道掘进机工作，保证了隧道开挖和渣石输送工序可以并行作业。
2 悬臂式皮带转载机结构
2.1 皮带转载机结构布置
掘进机用悬臂式皮带转载机由皮带转载机、连接架、回转台、支撑油缸及回转油缸构成。连接架接掘进机尾部，并与回转台连接，皮带转载机通过两侧双耳铰点置于回转台上方，支撑油缸通过回转台后方双耳铰点将皮带转载机支起，回转油缸通过推拉回转台左右摆动来调节皮带转载机摆尾方向。
2.2 支撑油缸
连接架一端连接在隧道掘进机尾部，另一端与回转台连接，皮带转载机通过尾部两侧双耳铰点置于回转台上方，2根支撑油缸通过回转台后方双耳铰点将皮带转载机支起，形成悬臂结构，从而降低皮带转载机长度，降低转载机成本，减少转载机所占用的工作空间。支撑油缸采用预留富余行程油缸，现场可以根据不同物料的堆积角及作业面坡度来通过支撑油缸的行程调节皮带转载机的输送角度，输送物料适应能力较强。取岩石运行状态下的最小安息角值23°，支撐油缸满行程时设计皮带转载机抬升最大角度为23°。
2.3 回转油缸
单回转油缸一端与连接架相连，一端连接回转台端点，将回转油缸力臂做到最大，仅用单根油缸完成回转台、转载机左右摆动动作。单回转油缸可布置在连接架的左侧或右侧，回转油缸通过推拉回转台左右摆动来控制皮带转载机摆尾方向，以使物料输送至准备的卡车车厢内。详细结构如图1所示。
2.4 皮带转载机
皮带转载机主要由多节机架、电动滚筒、导向滚筒、皮带上下托辊、缓冲托辊、花纹输送皮带、收料斗、清扫器、边托辊、张紧装置以及挡流机构等构成。详细结构如图2所示。
2.5 收料斗
皮带转载机通过收料斗接收悬臂式隧道掘进机第一运输机输送的物料，收料斗可以扩大皮带转载机物料接收面积，避免物料洒在转载机之外，产生二次收料转载的问题。皮带转载机落料点下方设置多排三列缓冲托辊，确保90%以上物料的落料点在缓冲托辊上，以减少物料对输送皮带的冲击，避免皮带跑偏、撒料，提高皮带使用寿命[1]。
2.6 输送皮带
输送皮带采用整芯PVG花纹输送带，与平皮带相比能够提高物料输送角度，可以降低转载机长度，同时也减少了对悬臂结构的冲击。与挡边隔段皮带相比，可以避免隧道内湿式物料粘黏皮带。同时，整芯PVG皮带可以抗岩石对皮带的磨损，提高了皮带使用寿命。
2.7 三联上托辊、下托辊、边托辊
转载机每组皮带上托辊由三节托辊组成的槽型托辊结构，中间托辊水平布置，两侧托辊与中间托辊在水平方向成30°夹角。输送物料的重量与上托辊组排列密集程度成正比关系。2组上托辊距离在0.8 m以内，较标准提高20%，可以有效防止物料输送过程中撒料。每节架体下设置一个下托辊，使回程皮带顺利进入导向滚筒[2]。电动滚筒前对称设置边托辊，使输送带按预定轨迹与电动滚筒接触。详细结构如图3所示。
2.8 电动滚筒
电动滚筒选用YDB型滑块式电动滚筒，在电动滚筒下部设置水平清扫器，清扫器通过T型槽和T型螺栓固定前机架底部，并可通过T型槽进行前后调节清扫器位置，以适应电动滚筒的相对工作位置。
2.9 清扫器
水平清扫器通过橡胶板与皮带工作面接触，清除皮带粘黏物料，同时粘黏物料落入卡车中。在导向滚筒前端设置犁式清扫器，犁式清扫器成“人”字形状，通过销轴固定在后机架中心线的横梁上。犁式清扫器具有自动调心功能，通过橡胶板将皮带非工作面上散落的清除到皮带之外，保证导向滚筒、电动滚筒与皮带充分接触，中间没有物料划伤皮带及滚筒，避免皮带打滑。
2.10 双边托辊
在前机架上部两侧、电动滚筒前对称设置边托辊，边托辊与上托辊垂直，以使变托辊垂直接触皮带边缘，保证皮带沿转载机输送中心运行。边托辊可以自转，避免增大摩擦阻力，划伤皮带。
2.11 皮带张紧装置
皮带张紧装置在前机架上左右对称布置，通过调节螺栓、固定螺母、锁紧螺母来调节电动滚筒的前后距离，使电动滚筒在前机架的下滑板上滑动来张紧输送皮带，保证输送皮带工作不打滑。调节螺栓与螺母均采用梯形螺纹，提高调节动力和速度。皮带张紧度应保证输送物料时，皮带垂度值小于15 mm。
3 电动滚筒选型计算
3.1 电动滚筒轴功率计算
PA=0.36（40+L）（B-300）V/10000+（40+L）Q/10000+0.00273QH
=12.36 kW
式中：PA—输送机所需轴功率，kW。
V—带速，1.6 m/s。
L—皮带转载机长度，10 m。
B—输送带宽度，800 mm。
H—物料垂直提升高度，3.5 m。
Q—输送量，750 t/h。
3.2 电动滚动功率计算
PM= PA/η=14.2
式中：PM—电动滚筒，kW。
η—光面电动滚筒总机械效率，0.87。
对于800 mm带宽物料直接输送至卡车的皮带转载机电动滚筒功率选15 kW。
4 悬臂结构受力分析
悬臂式皮带转载机在联接架箱体结构厚度最薄处及支撑油缸支撑的三角稳定区域所受应力最大。转载机架体从悬臂端至出料端高度逐渐降低，悬臂端架体处于应力集中区，后机架高度加高以提高其强度。过渡架及前机架高度降低，有利于降低重量，减少悬臂端架体应力。联接架箱体结构加厚增加联接架的刚度。联接架及后机架受力分析如图4所示。
5 结语
掘进机用悬臂式皮带转载机作为隧道掘进机的辅机，可以使掘进机收集的渣石经过皮带转载机后直接装料于运输卡车上，减少了隧道开挖工程中挖掘机设备的使用，设备投入少，后配套出渣更加科学。使用掘进机用悬臂式皮带转载机可以避免渣石二次落地及产生二次扬尘的问题，取消了二次装料工艺及相关人员设备的需求，缩短了隧道工程施工工序，简化了作业流程，提高了隧道施工效率，节省了施工成本。
参考文献
[1]邢晶磊.掘进机桥式皮带转载机落煤装置设计[J].中国西部科技，2011（2）：47-48.
[2]王勇.西曲矿掘进机桥式皮带转载机落煤装置的设计[J].山东煤炭科技，2018（8）：101-103.
