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1、全液压移动矸石仓设计史万明（徐州天科机械制造有限公司，江苏 徐州 221112）摘 要：本文论述了大容量移动矸石仓的结构特点以及采用全液压驱动的优点，给出了液压原理设计说明和牵引力计算公式，从而为此类设备设计提供了参考计算方法。关键词：全液压移动矸石仓；结构特点；液压驱动原理；卸料系统牵引力；计算公式Full Hydraulic Mobile Mullock Bin DesignShi Wan-ming(Xuzhou Tianke Machine Manufacture Co., LTD，徐州 221112，China)Abstract: This paper discusses the la
2、rge capacity mobile mullock bin structure characteristic and the advantages of adopting full hydraulic drive，illustrates the hydraulic principle design and lists the traction calculation formula, so as to provide the design calculation method for such equipment.Key words: hydraulic mobile mullock bi
3、n；structure characteristics；hydraulic drive principle；discharge system traction ；calculation formula0 引言移动矸石仓是煤矿掘进和临时贮存矸石或煤的高效暂存设备，特别在高效掘进中，可大量临时存储矸石，使得出矸与支护同时作业，大大提高了掘进效率，是当前煤矿岩巷掘进的主要装备之一。电机直接驱动的机械传动刮板卸料机在容积 25m3以上规格的矸石仓应用中，出现体积过大，结构布置困难，机械传动系统冲击大，强度要求高，电机频繁重载启动，容易造成启动困难或烧毁电机等诸多困难。因此，容积在 25m3 以上大型移
4、动矸石仓，有必要设计全液压驱动可移动矸石仓。1 移动矸石仓主要结构及特点图 1 全液压移动矸石仓示意图图中：1. 分体式车厢 2. 刮板卸料机构3. 前驱动转向架 4. 后转向架5.液压驻车器 6. 液压泵站 7. 操作台如图 1 所示，全液压移动矸石仓主要由以下部分构成：分体式车厢，包括前车厢、后车厢、中间车厢等，刮板卸料机构，前驱动转向架，后转向架，前、后液压驻车器、液压泵站，操作台等组成。各部分的主要特点如下：1）分体式车厢主要特点是可加高箱板设计、底板、侧板特殊耐磨设计。在低矮巷道可去掉加高板，在运煤或较大巷道，可接高箱板，以增加容量。2）前后转向架主要特点是简化了减震设计，由于移动矸
5、石仓在巷道内属于低速运行设备，采用橡胶块减震可满足要求；另外，转向架安装了液压驱动系统，结构紧凑，实现了自动行走。3）刮板卸料机构：采用煤矿常用的矿用圆环链作为输送链，便于煤矿维修更换。采用圆环链的缺点是主动链轮直径较大，在卸料高度一定的条件下，增大了车体高度。4）前后液压驻车器：在大坡度巷道施工时，前后驻车器可将矸石仓稳固的固定在工作场地上，在装卸料时可起到防止溜车作用，是马达自动制动系统的有效补充和双重保险，对井下施工安全有重大意义。5）液压泵站：因泵站功率、流量都较大，故采用液控多路阀，液控手柄操纵，增加了操纵的灵活性，减小了操作阻力。另外，采用风冷散热器散热，适当减小了油箱的容积。2
6、全液压移动矸石仓的工作原理说明2.1 工 作 过 程矸石从移动矸石仓的尾部装入，堆满尾部后，开动刮板卸料机，使堆料缓慢移动（调节主泵控制阀，以调节刮板速度） ，从而在移动矸石仓内形成连续堆料，直到堆满整个矸石仓；卸料时，以步进式开动刮板卸料机，每卸一车步进一次；与皮带机连接时，可连续卸料。移动矸石仓可在满载条件下沿轨道自行移动，将矸石卸到指定地点。在一次性出矸石量较大的条件下，可以多仓（一般不超过三个）搭接使用。搭接使用时，液压控制系统可以联控。2.2 液 压 系 统 原 理液 压 原 理 如 图 2 所 示 ；图 2 全液压移动矸石仓液压原理图中：1.行走驱动马达 2.卸料驱动马达 3.后驻
7、车油缸 4.前驻车油缸 5.液控多路阀 6.手动先导阀 7.散热系统 8.双联恒压变量泵 9.油箱图 3 驱动马达内部液压回路图 4 变量泵内部液压回路液 压 系 统 说 明 ：1）卸料驱动马达与行走驱动马达不同时工作，故以其中之较大负载为系统最大所需功率，刮板卸料机构驱动功率大于行走驱动（低速条件下） 。2）卸料驱动马达与行走驱动马达结构形式相同，主要因重载频繁起停，冲击大，带制动调节马达具有缓冲功能（参看图 3） 。3）驻车油缸只在驻车情况下，用于固定位置，防止溜车，行走时不能用作刹车。4）行走马达选用带机械松闸机构的专用行走驱动系统，在拖动行进条件下，松开行走制动。5)液压系统主泵采用可
8、调变量泵（参看图 4） ，远控调节刮板运行速度，从而可使上料机上料速度与刮板卸料机行进速度匹配，上料时刮板连续运行，避免了反复启动刮板机，减少系统冲击。6）由于采用了变量泵调速系统，使得行走速度也可无级调节。2.3 全 液 压 驱 动 的 优 点 ：1）全液压驱动机械冲击力小，启动平稳，更适合于重载驱动。2）刮板卸料机可调速，使之与上料速度匹配，实现连续布料，也可根据卸料要求调节卸料速度。3）可以方便设置行走驱动系统，在短距离内移动时不需要动力牵引，扩展了移动矸石仓的功能。4）驻车器设计增加了坡道驻车的安全性。5）方便扩展移动矸石仓的功能，引出动力点相对简单。6）操作简便。3 卸料系统牵引力计
9、算在整个液压驱动系统中，我们假定当刮板卸料机构工作时，矸石仓不能移动，处于静止状态，行走与装卸料不能同时工作，因此最大功率实际上就是刮板卸料机最大功率。至于驻车油缸，在停车后处于锁死状态，亦不做功。计算出刮板输送机总牵引力，即可计算出卸料牵引马达的功率，也就是系统最大载荷，从而可顺利完成液压系统计算。3.1 卸料牵引力计算如图 1、5 所示，移动矸石仓是一个长方形仓体结构，因搭接和卸料要求而形成前后自然倾角 1，巷道纵向轨道平面也有一定的坡度，此坡度最大许可倾角为 2，两角叠加后（如图 5 所示）为设计矸石仓最大许用倾角 ：卸料机许用倾角：= 1+ 2-图 5图 6根据散体物料静力学分析，粒状
10、矸石对车厢有一个垂直静压力 G0 和对车厢壁的侧压力 F0/2（参看图 6） ，文献1给出了垂直静压力计算公式如下（单位长度内）：G0=hB- h 2k1f1-F0= h2k1-式中：G 0-垂直静压力-散体物料容重h-矸石仓内高B-矸石仓内宽k1-静止状态下物料侧压力系数f1-静止状态下物料对车厢摩擦系数F0-矸石对箱壁侧压力式主要问题是没有考虑移动矸石仓前后端许用倾角 （图 5） ，考虑此倾角后，式应修改为：G1=（ hB- h2k1f1）cos-式中： G1-在最大许用倾角时的静压力-最大许用倾角根据图 5 受力分解，所需最小牵引力为：Fmin= G1f1+ F0f1+hBsin由式、得
11、：Fmin=hB(f 1cos+sin)+ h 2k1f1(1- f1cos) - Fmin-可拖动单位长度物料所需最小牵引力（起动时）要正常卸料，刮板起动牵引力 F 必须大于 Fmin。通常起动牵引力 Fq 可取：Fq1.252.0F min-总牵引力 FZ=LFq-L-矸石仓底面有效装载长度公式即为刮板卸料牵引力计算基本公式；上面公式中参数 、f 1 容易确定，k1 则不容易确定，根据文献2 ，对于砂土类散物料，可根据经验公式计算：k1=0.95-sin- 式中：-物料内摩擦角对于矸石粒状物料，可用休止角近似代替内摩擦角。3.2 刮板卸料机空转牵引力计算根据刮板输送机计算公式，空转牵引力F
12、K=qLg(con+sin)- 式中： F K-刮板输送机空转牵引力q -刮板输送链（含刮板）单位长度质量L -刮板输送链长度-刮板对底板阻力系数，一般 =0.4-刮板卸料机许用倾角3.3 刮板卸料机牵引力：刮板卸料机牵引力 F:F=（F Z +FK）/-式中：-刮板系统机械传动总效率。一般可取 =0.9公式就是刮板卸料机驱动马达应输出牵引力。4 结论4.1 对于 25m3 以上的大容量移动矸石仓，全液压驱动比电机-减速机驱动有更为突出的优点，大容量矸石仓宜采用全液压驱动设计。4.2 本文给出了全液压移动矸石仓设计的结构特点和刮板卸料机构牵引力计算公式。参考文献：1王志强，梭式矿车刮板运输机构的分析， 现代机械 ，2007 年第 06 期：29-31.2李晓萍，王亚品，静止侧压力系数及其试验方法的探讨，铁道工程学报，2007 年第 08 期 20-22.作者简介：史万明（1959-） ，北京市人，徐州天科机械制造有限公司 技术部高级工程师，主要从事煤矿机械研究设计，E-mail：，电话：0516-83306216 通讯地址：江苏省徐州市铜山经济开发区第三工业园长兴路 1 号（高家营南 200 米） ，邮编：221112
