王振亮

摘 要：掘進(jìn)機(jī)用懸臂式皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)主要用于隧道工程內(nèi)物料轉(zhuǎn)載使用，可有效解決懸臂式隧道掘進(jìn)機(jī)和礦用卡車之間轉(zhuǎn)載物料二次落地問題。最終通過懸臂式皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)將掘進(jìn)機(jī)排出的物料輸送至卡車上，實(shí)現(xiàn)中介轉(zhuǎn)載，避免物料二次落地，保證轉(zhuǎn)載及運(yùn)輸?shù)倪B續(xù)性，實(shí)現(xiàn)開挖與出渣并行作業(yè)。

關(guān)鍵詞：懸臂;皮帶;轉(zhuǎn)載機(jī);掘進(jìn)機(jī)

中圖分類號(hào)：TD421? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

我國(guó)是基建大國(guó)，近年來，公路、鐵路、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鉆爆法、盾構(gòu)法及采用懸臂式隧道掘進(jìn)機(jī)開挖法。懸臂式隧道掘進(jìn)機(jī)適用于中短距離隧道開挖，其在隧道工程上的應(yīng)用逐漸被行業(yè)內(nèi)認(rèn)可。隧道掘進(jìn)機(jī)排出的渣石直接落地，產(chǎn)生二次揚(yáng)塵污染，落地的渣石還需通過挖掘機(jī)等設(shè)備收集，并經(jīng)過卡車運(yùn)出隧道外。隧道掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)，挖掘機(jī)和卡車處于半閑置狀態(tài)，而挖掘機(jī)裝載渣石時(shí)，掘進(jìn)機(jī)又不能工作，這樣的施工工序效率較低。為此，掘進(jìn)機(jī)用懸臂式皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)作為隧道掘進(jìn)機(jī)的輔機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。

1 掘進(jìn)機(jī)用懸臂式皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)

掘進(jìn)機(jī)用懸臂式皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)可以直接將隧道掘進(jìn)機(jī)排出的渣石提高到卡車車廂的高度，將渣石輸送至卡車車廂內(nèi)，實(shí)現(xiàn)中介轉(zhuǎn)載。掘進(jìn)機(jī)用懸臂式皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)避免了隧道掘進(jìn)機(jī)鏟板和一運(yùn)收集來的渣石二次落地的問題，保證了隧道開挖和渣石輸送的連續(xù)性，提高了隧道施工的速度，不影響隧道掘進(jìn)機(jī)工作，保證了隧道開挖和渣石輸送工序可以并行作業(yè)。

2 懸臂式皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)結(jié)構(gòu)

2.1 皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)結(jié)構(gòu)布置

掘進(jìn)機(jī)用懸臂式皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)由皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)、連接架、回轉(zhuǎn)臺(tái)、支撐油缸及回轉(zhuǎn)油缸構(gòu)成。連接架接掘進(jìn)機(jī)尾部，并與回轉(zhuǎn)臺(tái)連接，皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)通過兩側(cè)雙耳鉸點(diǎn)置于回轉(zhuǎn)臺(tái)上方，支撐油缸通過回轉(zhuǎn)臺(tái)后方雙耳鉸點(diǎn)將皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)支起，回轉(zhuǎn)油缸通過推拉回轉(zhuǎn)臺(tái)左右擺動(dòng)來調(diào)節(jié)皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)擺尾方向。

2.2 支撐油缸

連接架一端連接在隧道掘進(jìn)機(jī)尾部，另一端與回轉(zhuǎn)臺(tái)連接，皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)通過尾部?jī)蓚?cè)雙耳鉸點(diǎn)置于回轉(zhuǎn)臺(tái)上方，2根支撐油缸通過回轉(zhuǎn)臺(tái)后方雙耳鉸點(diǎn)將皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)支起，形成懸臂結(jié)構(gòu)，從而降低皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)長(zhǎng)度，降低轉(zhuǎn)載機(jī)成本，減少轉(zhuǎn)載機(jī)所占用的工作空間。支撐油缸采用預(yù)留富余行程油缸，現(xiàn)場(chǎng)可以根據(jù)不同物料的堆積角及作業(yè)面坡度來通過支撐油缸的行程調(diào)節(jié)皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)的輸送角度，輸送物料適應(yīng)能力較強(qiáng)。取巖石運(yùn)行狀態(tài)下的最小安息角值23°，支撐油缸滿行程時(shí)設(shè)計(jì)皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)抬升最大角度為23°。

2.3 回轉(zhuǎn)油缸

單回轉(zhuǎn)油缸一端與連接架相連，一端連接回轉(zhuǎn)臺(tái)端點(diǎn)，將回轉(zhuǎn)油缸力臂做到最大，僅用單根油缸完成回轉(zhuǎn)臺(tái)、轉(zhuǎn)載機(jī)左右擺動(dòng)動(dòng)作。單回轉(zhuǎn)油缸可布置在連接架的左側(cè)或右側(cè)，回轉(zhuǎn)油缸通過推拉回轉(zhuǎn)臺(tái)左右擺動(dòng)來控制皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)擺尾方向，以使物料輸送至準(zhǔn)備的卡車車廂內(nèi)。詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.4 皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)

皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)主要由多節(jié)機(jī)架、電動(dòng)滾筒、導(dǎo)向滾筒、皮帶上下托輥、緩沖托輥、花紋輸送皮帶、收料斗、清掃器、邊托輥、張緊裝置以及擋流機(jī)構(gòu)等構(gòu)成。詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.5 收料斗

皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)通過收料斗接收懸臂式隧道掘進(jìn)機(jī)第一運(yùn)輸機(jī)輸送的物料，收料斗可以擴(kuò)大皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)物料接收面積，避免物料灑在轉(zhuǎn)載機(jī)之外，產(chǎn)生二次收料轉(zhuǎn)載的問題。皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)落料點(diǎn)下方設(shè)置多排三列緩沖托輥，確保90%以上物料的落料點(diǎn)在緩沖托輥上，以減少物料對(duì)輸送皮帶的沖擊，避免皮帶跑偏、撒料，提高皮帶使用壽命[1]。

2.6 輸送皮帶

輸送皮帶采用整芯PVG花紋輸送帶，與平皮帶相比能夠提高物料輸送角度，可以降低轉(zhuǎn)載機(jī)長(zhǎng)度，同時(shí)也減少了對(duì)懸臂結(jié)構(gòu)的沖擊。與擋邊隔段皮帶相比，可以避免隧道內(nèi)濕式物料粘黏皮帶。同時(shí)，整芯PVG皮帶可以抗巖石對(duì)皮帶的磨損，提高了皮帶使用壽命。

2.7 三聯(lián)上托輥、下托輥、邊托輥

轉(zhuǎn)載機(jī)每組皮帶上托輥由三節(jié)托輥組成的槽型托輥結(jié)構(gòu)，中間托輥水平布置，兩側(cè)托輥與中間托輥在水平方向成30°夾角。輸送物料的重量與上托輥組排列密集程度成正比關(guān)系。2組上托輥距離在0.8 m以內(nèi)，較標(biāo)準(zhǔn)提高20%，可以有效防止物料輸送過程中撒料。每節(jié)架體下設(shè)置一個(gè)下托輥，使回程皮帶順利進(jìn)入導(dǎo)向滾筒[2]。電動(dòng)滾筒前對(duì)稱設(shè)置邊托輥，使輸送帶按預(yù)定軌跡與電動(dòng)滾筒接觸。詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.8 電動(dòng)滾筒

電動(dòng)滾筒選用YDB型滑塊式電動(dòng)滾筒，在電動(dòng)滾筒下部設(shè)置水平清掃器，清掃器通過T型槽和T型螺栓固定前機(jī)架底部，并可通過T型槽進(jìn)行前后調(diào)節(jié)清掃器位置，以適應(yīng)電動(dòng)滾筒的相對(duì)工作位置。

2.9 清掃器

水平清掃器通過橡膠板與皮帶工作面接觸，清除皮帶粘黏物料，同時(shí)粘黏物料落入卡車中。在導(dǎo)向滾筒前端設(shè)置犁式清掃器，犁式清掃器成“人”字形狀，通過銷軸固定在后機(jī)架中心線的橫梁上。犁式清掃器具有自動(dòng)調(diào)心功能，通過橡膠板將皮帶非工作面上散落的清除到皮帶之外，保證導(dǎo)向滾筒、電動(dòng)滾筒與皮帶充分接觸，中間沒有物料劃傷皮帶及滾筒，避免皮帶打滑。

2.10 雙邊托輥

在前機(jī)架上部?jī)蓚?cè)、電動(dòng)滾筒前對(duì)稱設(shè)置邊托輥，邊托輥與上托輥垂直，以使變托輥垂直接觸皮帶邊緣，保證皮帶沿轉(zhuǎn)載機(jī)輸送中心運(yùn)行。邊托輥可以自轉(zhuǎn)，避免增大摩擦阻力，劃傷皮帶。

2.11 皮帶張緊裝置

皮帶張緊裝置在前機(jī)架上左右對(duì)稱布置，通過調(diào)節(jié)螺栓、固定螺母、鎖緊螺母來調(diào)節(jié)電動(dòng)滾筒的前后距離，使電動(dòng)滾筒在前機(jī)架的下滑板上滑動(dòng)來張緊輸送皮帶，保證輸送皮帶工作不打滑。調(diào)節(jié)螺栓與螺母均采用梯形螺紋，提高調(diào)節(jié)動(dòng)力和速度。皮帶張緊度應(yīng)保證輸送物料時(shí)，皮帶垂度值小于15 mm。

3 電動(dòng)滾筒選型計(jì)算

3.1 電動(dòng)滾筒軸功率計(jì)算

PA=0.36（40+L）（B-300）V/10000+（40+L）Q/10000+0.00273QH

=12.36 kW

式中：PA—輸送機(jī)所需軸功率，kW。

V—帶速，1.6 m/s。

L—皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)長(zhǎng)度，10 m。

B—輸送帶寬度，800 mm。

H—物料垂直提升高度，3.5 m。

Q—輸送量，750 t/h。

3.2 電動(dòng)滾動(dòng)功率計(jì)算

PM= PA/η=14.2

式中：PM—電動(dòng)滾筒，kW。

η—光面電動(dòng)滾筒總機(jī)械效率，0.87。

對(duì)于800 mm帶寬物料直接輸送至卡車的皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)電動(dòng)滾筒功率選15 kW。

4 懸臂結(jié)構(gòu)受力分析

懸臂式皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)在聯(lián)接架箱體結(jié)構(gòu)厚度最薄處及支撐油缸支撐的三角穩(wěn)定區(qū)域所受應(yīng)力最大。轉(zhuǎn)載機(jī)架體從懸臂端至出料端高度逐漸降低，懸臂端架體處于應(yīng)力集中區(qū)，后機(jī)架高度加高以提高其強(qiáng)度。過渡架及前機(jī)架高度降低，有利于降低重量，減少懸臂端架體應(yīng)力。聯(lián)接架箱體結(jié)構(gòu)加厚增加聯(lián)接架的剛度。聯(lián)接架及后機(jī)架受力分析如圖4所示。

5 結(jié)語(yǔ)

掘進(jìn)機(jī)用懸臂式皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)作為隧道掘進(jìn)機(jī)的輔機(jī)，可以使掘進(jìn)機(jī)收集的渣石經(jīng)過皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)后直接裝料于運(yùn)輸卡車上，減少了隧道開挖工程中挖掘機(jī)設(shè)備的使用，設(shè)備投入少，后配套出渣更加科學(xué)。使用掘進(jìn)機(jī)用懸臂式皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)可以避免渣石二次落地及產(chǎn)生二次揚(yáng)塵的問題，取消了二次裝料工藝及相關(guān)人員設(shè)備的需求，縮短了隧道工程施工工序，簡(jiǎn)化了作業(yè)流程，提高了隧道施工效率，節(jié)省了施工成本。

參考文獻(xiàn)

[1]邢晶磊.掘進(jìn)機(jī)橋式皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)落煤裝置設(shè)計(jì)[J].中國(guó)西部科技，2011（2）：47-48.

[2]王勇.西曲礦掘進(jìn)機(jī)橋式皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)落煤裝置的設(shè)計(jì)[J].山東煤炭科技，2018（8）：101-103.