可移動(dòng)刮板轉(zhuǎn)載機(jī)主要應(yīng)用于井田開(kāi)拓臨時(shí)物料轉(zhuǎn)載，作為臨時(shí)轉(zhuǎn)載點(diǎn)，與井下主運(yùn)或巷道帶式輸送機(jī)搭接起轉(zhuǎn)載作用，也可用于開(kāi)聯(lián)絡(luò)巷、功能硐室、開(kāi)切眼作業(yè)。可移動(dòng)刮板轉(zhuǎn)載機(jī)采用輪式被動(dòng)牽引方式移動(dòng)，布置靈活、智能化程度高、運(yùn)量大且結(jié)構(gòu)可靠，解決了傳統(tǒng)輸送帶轉(zhuǎn)載機(jī)移動(dòng)行走困難、運(yùn)輸爬坡角度小、重載啟動(dòng)差等問(wèn)題，為工作面高產(chǎn)高效開(kāi)采起到了安全智能、低碳綠色、降本增效的作用。

文章來(lái)源：《智能礦山》2025年第7期“革新·改造:中國(guó)煤科優(yōu)秀QC成果專欄”

第一作者：鄭曉鋒，主要從事煤礦掘進(jìn)及輔助作業(yè)裝備的相關(guān)研究工作。E-mail：13485358643@163.com

作者單位：中國(guó)煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司；山西天地煤機(jī)裝備有限公司；煤礦采掘機(jī)械裝備國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室

引用格式：鄭曉鋒，周凱，劉敏. 可移動(dòng)刮板轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭鏈輪組件設(shè)計(jì)提升[J].智能礦山，2025，6(7)：72-77.

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圖1 可移動(dòng)刮板轉(zhuǎn)載機(jī)

可移動(dòng)刮板轉(zhuǎn)載機(jī)的運(yùn)輸單元采用單側(cè)電機(jī)+減速器方式驅(qū)動(dòng)，通過(guò)機(jī)頭鏈輪組件帶動(dòng)刮板在運(yùn)輸槽內(nèi)往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)物料轉(zhuǎn)載輸送和分配，機(jī)頭鏈輪組件的可靠性及安全性對(duì)整機(jī)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。

確定課題

2024年首批次10臺(tái)可移動(dòng)刮板轉(zhuǎn)載機(jī)交付礦方使用，出現(xiàn)機(jī)頭鏈輪組件頻繁損壞的現(xiàn)象，同一部件累計(jì)反饋質(zhì)量問(wèn)題20余次，重點(diǎn)解決井下一線機(jī)頭鏈輪組件存在的突出問(wèn)題。確定QC課題為可移動(dòng)刮板轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭鏈輪組件設(shè)計(jì)提升。本批次設(shè)備主要應(yīng)用于國(guó)能神東煤炭集團(tuán)的哈拉溝煤礦、石圪臺(tái)煤礦、補(bǔ)連塔煤礦等10座煤礦。QC小組統(tǒng)計(jì)分析2024年設(shè)備使用期間現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查反饋的主要故障信息見(jiàn)表1。

表1 2024年設(shè)備使用期間故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

分析表明機(jī)頭鏈輪組件故障發(fā)生率與實(shí)際應(yīng)用工況條件關(guān)系密切，開(kāi)拓巖巷階段轉(zhuǎn)載運(yùn)輸過(guò)程中泥巖對(duì)鏈輪、鏈條磨損較大，故障發(fā)生率較高；轉(zhuǎn)載運(yùn)輸過(guò)程中夾矸較多，故障發(fā)生率次之；煤巷運(yùn)輸，故障發(fā)生率最小。為滿足用戶需求同時(shí)不影響整機(jī)性能，確定解決方案為提升機(jī)頭鏈輪組件性能。

QC小組根據(jù)煤礦用戶地質(zhì)條件，改進(jìn)驅(qū)動(dòng)鏈輪材質(zhì)和加工工藝、提高整體耐磨性能，并優(yōu)化可移動(dòng)式刮板轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭鏈輪組件機(jī)構(gòu)。將改進(jìn)后機(jī)頭鏈輪組件交付用戶更換使用，并按照性能監(jiān)測(cè)試驗(yàn)方案記錄、觀測(cè)，QC課題設(shè)定了2個(gè)目標(biāo)。

（1）改進(jìn)鏈輪軸結(jié)構(gòu)，由整體軸設(shè)計(jì)為分體軸，故障率高發(fā)部位軸承端拆裝更為便捷，井下更換效率提高30%。

（2）優(yōu)化機(jī)頭鏈輪組件材質(zhì)，提高整體強(qiáng)度和耐磨性能，使機(jī)頭鏈輪組件整體使用壽命提升20%。

原因分析

根據(jù)故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)信息，QC小組深入一線進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，分析總結(jié)出5個(gè)方面的故障發(fā)生原因。

（1）機(jī)頭鏈輪組件故障主要集中于夾矸較多或煤-巖巷道工況下的物料運(yùn)輸，且故障發(fā)生頻率較高，極端工況使用壽命僅為1～2個(gè)月，改進(jìn)前機(jī)頭鏈輪組件L型矩陣分析見(jiàn)表2。

表2 改進(jìn)前機(jī)頭鏈輪組件L型矩陣

（2）機(jī)頭鏈輪組件故障初次主要表現(xiàn)為軸承失效，因端部浮封套與機(jī)架頻繁磨損使迷宮密封失效，導(dǎo)致煤泥等雜質(zhì)進(jìn)入軸承腔，引發(fā)驅(qū)動(dòng)軸傾斜、鏈輪輪齒斷裂、刮板鏈斷裂等系列后續(xù)故障，機(jī)頭鏈輪組件故障演化如圖2所示。

圖2 機(jī)頭鏈輪組件故障演化

（a）驅(qū)動(dòng)鏈輪外輪齒：在實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)同批次鏈輪，鏈輪外形尺寸符合設(shè)計(jì)要求，鏈輪實(shí)際破斷力561.16 kN（滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)500.5 kN），驅(qū)動(dòng)鏈輪外輪齒硬度HB310，滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)（HB280～320），鏈輪原材料性能參數(shù)符合要求，但在實(shí)際應(yīng)用中磨損嚴(yán)重，造成驅(qū)動(dòng)鏈輪外輪齒斷裂失效如圖3所示。

圖3 驅(qū)動(dòng)鏈輪外輪齒斷裂失效

（b）驅(qū)動(dòng)鏈輪內(nèi)花鍵：觀察故障鏈輪發(fā)現(xiàn)，部分鏈輪磨損失效位置發(fā)生于兩側(cè)端口區(qū)域，花鍵在周期性沖擊過(guò)程中受剪切力的作用造成微觀裂紋，使用過(guò)程中在刮板鏈的牽引力或別卡沖擊力的作用下裂紋擴(kuò)展，造成驅(qū)動(dòng)鏈輪外輪齒斷裂失效，驅(qū)動(dòng)鏈輪內(nèi)花鍵斷裂失效如圖4所示。

圖4 驅(qū)動(dòng)鏈輪內(nèi)花鍵斷裂失效

出現(xiàn)以上故障主要因?yàn)轵?qū)動(dòng)鏈輪設(shè)計(jì)強(qiáng)度不夠，且輪齒受不均勻沖擊力反復(fù)作用發(fā)生斷裂，鏈輪軸及鏈輪花鍵強(qiáng)度不夠，經(jīng)磨損花鍵鍵齒被磨平失效，造成刮板鏈跳鏈運(yùn)輸不平穩(wěn)的現(xiàn)象發(fā)生。

（3）各使用礦方均反映在井下有限空間內(nèi)，機(jī)頭鏈輪組件的拆裝、更換過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率較低。改進(jìn)前機(jī)頭鏈輪組件（整體式）主要由驅(qū)動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)鏈輪、隔離套、軸承座（內(nèi)置單軸承）、浮封套等部分組成，一般布置于卸料部尾端，驅(qū)動(dòng)軸右側(cè)安裝于減速器內(nèi)，左側(cè)支撐并安裝于軸承座內(nèi)，改進(jìn)前機(jī)頭鏈輪組件（整體式）結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 改進(jìn)前機(jī)頭鏈輪組件（整體式）

通過(guò)分析可知，機(jī)頭鏈輪組件在減速器驅(qū)動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)，但由于左側(cè)軸端與單軸承重合距離較短僅為51 mm，軸端支撐力不足，易引起驅(qū)動(dòng)軸左端旋轉(zhuǎn)不同心，帶動(dòng)浮封座與機(jī)架發(fā)生磨損，破壞間隙密封并導(dǎo)致軸承腔進(jìn)入雜質(zhì)，引發(fā)鏈輪輪齒斷裂、刮板鏈軸斷裂等問(wèn)題。

QC小組經(jīng)過(guò)勘察返修的機(jī)頭鏈輪組件實(shí)物，統(tǒng)計(jì)出機(jī)頭鏈輪組件發(fā)生故障的末端因素并綜合分析，機(jī)頭鏈輪組件故障原因分析如圖6所示。

圖6 機(jī)頭鏈輪組件故障原因分析

通過(guò)全面分析，可移動(dòng)式刮板轉(zhuǎn)載機(jī)作為臨時(shí)轉(zhuǎn)載點(diǎn)，與井下主運(yùn)或巷道帶式輸送機(jī)搭接起轉(zhuǎn)載作用，按照正常要求每日連續(xù)工作時(shí)間應(yīng)小于16～18 h，但在極端工況下24 h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)且用于煤-巖巷工況時(shí)，需通過(guò)改進(jìn)驅(qū)動(dòng)鏈輪的材料及加工工藝，造成驅(qū)動(dòng)鏈輪磨損及斷裂的原因?yàn)轵?qū)動(dòng)鏈輪材質(zhì)不滿足極端工況使用要求，主要表現(xiàn)為3個(gè)方面的原因，末端主要原因“5W1H”清單見(jiàn)表3。

表3 末端主要原因“5W1H”清單

（a）出廠的原材料兩端表面較硬，在沖壓過(guò)程中受沖擊力的作用造成微觀裂紋，驅(qū)動(dòng)鏈輪經(jīng)熱處理后裂紋加深，不進(jìn)行探傷無(wú)法確認(rèn)驅(qū)動(dòng)鏈輪裂紋。

（b）驅(qū)動(dòng)鏈輪在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中受牽引力的作用下，驅(qū)動(dòng)鏈輪受拉力后出現(xiàn)斷裂。

（c）設(shè)備在運(yùn)行瞬間卡頓，設(shè)備輸出的轉(zhuǎn)矩超過(guò)鏈條極限拉力，造成輪齒剪切斷裂的現(xiàn)象。

實(shí)施對(duì)策

（1）分體式設(shè)計(jì)機(jī)頭鏈輪組件，右側(cè)驅(qū)動(dòng)軸左側(cè)與減速器連接，右側(cè)小軸安裝于軸承座內(nèi)，中軸和左右鏈輪通過(guò)花鍵連接，改進(jìn)后機(jī)頭鏈輪組件（分體式）如圖7所示。當(dāng)軸承端發(fā)生故障時(shí)，可打開(kāi)半蓋單獨(dú)將軸承座拆裝，針對(duì)性更換損壞部件其他絕大部分結(jié)構(gòu)保持不變，提高了井下維修效率。

圖7 改進(jìn)后機(jī)頭鏈輪組件（分體式）

（2）在分體式機(jī)頭鏈輪組件結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，將單軸承座優(yōu)化為雙軸承座，內(nèi)部安裝2組SKF軸承，有效延長(zhǎng)小軸支撐距離，增強(qiáng)其選裝穩(wěn)定性。在機(jī)頭鏈輪組件高速旋轉(zhuǎn)的情況下，分體軸將會(huì)始終保持同心，避免浮封座與機(jī)架磨損，提高設(shè)備對(duì)井下負(fù)責(zé)工況的適應(yīng)性，改進(jìn)后機(jī)頭鏈輪組件（分體式+雙軸承）如圖8所示。

圖8 改進(jìn)后機(jī)頭鏈輪組件（分體式+雙軸承）

（3）升級(jí)優(yōu)化機(jī)頭鏈輪組件主要結(jié)構(gòu)材質(zhì)化，提高其整體強(qiáng)度和耐磨性能，進(jìn)一步增強(qiáng)其適應(yīng)復(fù)雜工況的能力，改后機(jī)頭鏈輪組件L型矩陣分析見(jiàn)表4。

表4 改后機(jī)頭鏈輪組件L型矩陣

效果驗(yàn)證

通過(guò)優(yōu)化、提升關(guān)鍵元件驅(qū)動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)鏈輪、浮封套主要從硬度、材料、結(jié)構(gòu)，改進(jìn)后的機(jī)頭鏈輪組件轉(zhuǎn)載半煤巖物料、夾矸較多的時(shí)候，每天工作16～18 h，連續(xù)工作30天工況條件下各元件應(yīng)用效果良好。

統(tǒng)計(jì)煤巷、半煤巖（夾矸）、巖巷不同應(yīng)用工況的使用壽命，改進(jìn)型機(jī)頭鏈輪組件平均壽命得到提高，壽命提升率均20%，改進(jìn)前后機(jī)頭鏈輪組件使用壽命對(duì)比如圖9所示，完成本課題預(yù)期考核目標(biāo)。

圖9 改進(jìn)前后機(jī)頭鏈輪組件使用壽命對(duì)比

統(tǒng)計(jì)地面、井下拆裝效率，改進(jìn)型機(jī)頭鏈輪組件拆裝、維修更換時(shí)間均縮短，拆裝更換效率均30%，改進(jìn)前后機(jī)頭鏈輪組件拆裝時(shí)間對(duì)比如圖10所示，完成本課題預(yù)期考核目標(biāo)。

圖10 改進(jìn)前后機(jī)頭鏈輪組件拆裝時(shí)間對(duì)比

2024年10月30日前，改進(jìn)后的機(jī)頭鏈輪組件已全部到礦完成更換，到目前為止各礦均未反饋相關(guān)故障信息，運(yùn)行良好，機(jī)頭鏈輪組件設(shè)計(jì)提升后成功應(yīng)用如圖11所示，在滿足用戶使用需求的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了QC課題的設(shè)定目標(biāo)。

圖11 機(jī)頭鏈輪組件設(shè)計(jì)提升后成功應(yīng)用

鞏固措施

為使QC小組的成果得到及時(shí)鞏固和推廣應(yīng)用，具體采取3個(gè)方面的措施。

（1）及時(shí)了解用戶實(shí)際使用情況，積極正視礦方后期可能反饋的各類相關(guān)問(wèn)題，做到解決方案快速響應(yīng)。

（2）持續(xù)加強(qiáng)產(chǎn)品外協(xié)加工、裝配過(guò)程的質(zhì)量管控，運(yùn)用本次QC活動(dòng)取得的成果和經(jīng)驗(yàn)對(duì)同類產(chǎn)品以改進(jìn)和優(yōu)化。

（3）繼續(xù)圍繞產(chǎn)品不斷賦能、改造、創(chuàng)新來(lái)開(kāi)展活動(dòng)，把產(chǎn)品做精、做細(xì)，提升產(chǎn)品的質(zhì)量和創(chuàng)新性。

結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)可移動(dòng)刮板轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭鏈輪組件的設(shè)計(jì)提升，成功解決了設(shè)備在井下工況中頻繁損壞的問(wèn)題。將驅(qū)動(dòng)軸由整體式改為分體式并優(yōu)化為雙軸承座結(jié)構(gòu)，同時(shí)升級(jí)關(guān)鍵部件材質(zhì)，使組件使用壽命提升20%，井下拆裝效率提高30%，適應(yīng)煤巷、半煤巖巷等復(fù)雜工況，改進(jìn)后的設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，提升了井下物料轉(zhuǎn)運(yùn)效率。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學(xué)研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄7種、中文核心期刊9種、中國(guó)科技核心期刊11種、中國(guó)科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

《智能礦山》

Journal of Intelligent Mine

月刊CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139，聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進(jìn)展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國(guó)法院士

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