PF6/1542型转载机中部槽优化设计布置研究及应用

张 彦

(晋能控股集团 马道头煤业有限责任公司，山西 大同 037100)

麻家梁为年产1 200万t的特大型矿井，矿井产量由两个综放工作面构成，单个工作面年产约600万t。工作面设备选型为：ZF13000/25/38型液压支架、艾柯夫SL500型采煤机、PF6/1142型前部运输机、PF6/1342型后部运输机、PF6/1542型转载机。在生产过程中，煤量大时经常出现转载机过载事故，往往需要组织大量的人员进行人工卸煤，费时费力。为了解决这个问题，根据设备性能[1-2]，按照现场使用要求和实际情况，通过在该矿14103、14104、14107共3个工作面进行改进试验，对原有的转载机中部槽实施优化布置，减轻转载机的负荷，保证生产顺利进行。

1 设备参数

PF6/1542型转载机主要由机头传动部、机尾、架桥槽、凸槽、凹槽、铰接槽、中部槽、联接槽、开天窗中部槽、卸料槽、刮板链等部件组成，具体参数如下：长度为52 m；转载能力为3 500 t/h；总装机功率为600 kW；刮板链型式为双中链，链环规格为D38 mm×126 mm、链速为1.74 m/s；刮板间距为504 mm；电压等级为3.3 kV，50 Hz；冷却方式为水冷；中部槽结构为铸接型，连接为哑铃销和螺栓；驱动布置方式为平行布置。

2 转载机中部槽优化布置方案

2.1 方案一

在14103工作面试验将转载机布置24节溜槽，长度为50.95 m，见图1。

图1 14103工作面转载机布置示意(mm)

转载机槽1～6号为固定稳装布置方式，为适应巷道底板坡度及实现转载机槽落地段的“柔性链接”，因此6号凹槽(落地槽)后，布置1节1 m7号中部短槽对接。考虑破碎机进出料段(12-10号)随巷道坡度移动及生产时，机械加破碎冲击载荷震动，在7号中部1 m短槽后，布置1节2 m普通中部过渡槽，10号破碎机出料口槽前，布置1节9号1 m中部短槽。破碎机进料口12号后，布置3节2 m普通中部过渡槽(13～15号)为未破碎煤流缓冲区间，转载机进料口(17号)前布置1节短节1 m中部溜槽(16号)实现大块煤流对进料口产生巨大冲击力及转载机推移过程中柔性调节。转载机进料口17号后布置1节2 m天窗中部槽18号便于检修及事故处理。前部运输机落煤点布置1节短节0.8 m中部溜槽便于缓解落煤缓冲及18～24号转载机推移过程中的柔性调节。布置20号、23号中部普通过渡槽在前、后刮板输送机减速机箱体头端正对位置，20号、23号间布置21～22号2 m中部天窗槽，方便日常检修及生产事故处理。

2.2 方案二

方案一仍然经常出现“压转载机”过载现象，在14104工作面做进一步优化试验，将转载机布置22节溜槽，长度为48.15 m，见图2。

图2 14104工作面转载机布置示意(mm)

方案一布置方式在推移转载机过程中布置1节1 m中部短槽对落地槽与巷道调节效果不佳，故6号凹槽(落地槽)后连续布置两节1 m中部短槽“柔性链接”，因在方案一生产过程中发现破碎机产生的破碎冲击力对中部槽的冲击基本可忽略不计，所以在破碎机出料口(10号)前布置1节2 m普通过渡槽(9号)。转载机进料口(12号)与破碎机进料口(15号)间布置两节2 m普通槽(13～14号)实现未破碎煤流缓冲。转载机进料口槽(15号)后布置1节1 m调节短槽(16号)，可以实现转载机前后调节。18号、21号为前、后刮板输送机减速机机头正对普通中部槽，因此在18～21号间布置19～20号带天窗中部槽，方便日常检修作业及生产事故处理，中部槽布置较为科学。

2.3 方案三

方案二对转载机中部溜槽优化设计布置后，在实际生产过程中发现转载机过载事故较方案一布置方式有所减少，但是在转载机运行电流远小于额定运行电流的情况下仍然会过载，所以在方案二的基础上对转载机中部槽继续优化。将转载机布置20节溜槽，长度为44.56 m，见图3。生产现场观察发现，破碎机出料口为破碎后煤流，无需长距离过渡，故在7～8号中部短槽后直接布置破碎机出料口槽(9号)，观察发现破碎机进料口槽(11号)至转载机进料口槽(13号)间布置1节2 m普通中间槽即可实现煤流过渡，在转载机进料口槽(13号)后布置1节1.4 m中部短槽调节槽，实现推移过程中前后调节，布置此调节槽也为后部运输机落煤点前移，可见方案三布置方式更为科学。

2.4 方案比较

经过优化布置，方案二较方案一缩短转载机长度2.8 m，方案三较方案二缩短3.59 m，较方案一布置方式缩短6.39 m。方案三还使转载机后运输机落煤点前移0.6 m，避免对转载机尾链轮运转直接产生冲击载荷。考虑到端头支架长度与位置限制，方案三为转载机最佳布置方式。

3 转载机中部槽优化布置方案计算校核

3.1 转载机空载/重载运行功率对比

因为溜槽数、转载机长度发生变化，因此需要对转载机相应的参数进行计算校核，见表1。由表1可看出，转载机的长度直接影响了“压转载”的峰值电流及实际运行功率，溜槽数越少，转载机长度越短，重载时发生“压转载”峰值电流越高，实际运行功率越大，转载机运行功率达到最大化。

表1 转载机空、重载峰值电流与功率

3.2 转载机运行功率损耗计算

转载机总功率为600 kW，链速为1.74 m/s，运输能力3 500 t/h，根据转载机长度进行计算中部槽单位长度上的装煤量，即：

式中：q为刮板链单位长度的装煤量，kg/m；Qm为转载机运输能力，t/h；V为刮板输送机的链速，m/s。

转载机的底链即空段的运行阻力Wk和运煤上链的重段运行阻力Wzh分别为：

Wzh=(qw+q1w1)Lgcosβ-(q+q1)Lgsinβ

Wk=q1Lg(w1cosβ+sinβ)

式中：ω为煤在槽内运行的阻力系数，取 0.5；q1为刮板链单位长度的质量，D38 mm×126 mm 刮板链的质量为 88 kg/m；w1为刮板链在槽内运行的阻力系数，取0.4；L为转载机长度，m；g为重力加速度，取9.8m/s2；β为转载机倾斜角度，°。

转载机的功率损耗P为：

p=(Wzh+Wk)v

根据上述公式，转载机运行坡度-2～2°的状态下满足3 500 t/h 的输送能力进行计算，实际功率损耗见表2。由表2可知，随巷道坡度增大，转载机损耗功率逐渐增多，随溜槽数减少，转载机损耗功率逐渐降低，减少到20节时损耗功率为最低，且与重载时实际运行功率相比较，转载机功率得到最大化，因此PF6/1542型转载机溜槽数为20节(44.56 m)已是该优化方案的最佳设计，且按照600 kW的总装机功率，可以有足够的功率储备能够满足片帮等造成煤量增加的异常状况。

表2 转载机功率损耗

4 应用效果

PF6/1542型刮板输送机优化设计布置后,于2019年10月在麻家梁矿14107工作面投入使用，设备运行状况良好，转载机最大工作负荷工况下,电动机的电流值为额定电流值124 A的80%，由于损耗功率大大降低后，转载机很少出现过载情况，工作面平均日产量1.5万t，最高产量2万t。通过优化设计布置后，麻家梁矿两个工作面按照此方案设计稳装转载机，每次稳装布置减少了4节中部溜槽，实际生产运行过程中延长了头、尾链轮的调向周期及使用寿命。现麻家梁矿年平均稳装工作面3个，可少购置转载机中部槽12节，每节按5万元计算，可节省设备购置资金60万元，节省头、尾链轮6个，节省设备资金60万元。工作面每稳装一次转载机上下链条可节省26 m，节省转载机刮板26整套。麻家矿每年设备稳装可节省D38 mm×126 mm型链条78 m，节省转载机刮板78整套。由此可见，该方案实施可为麻家梁矿节省设备采购资金174.6万元。

5 结 语

1) 通过对转载机中部槽布置方案进行优化和实施，将转载机长度由50.95 m缩短为44.56 m，缩短了6.59 m；同时使得后部运输机落煤点前移0.6 m，避免了落煤对转载机尾链轮运转产生直接冲击载荷。

2) 通过对转载机不同长度的功率损耗进行校核，随着溜槽数减少，转载机损耗功率逐渐降低，减少到20节时损耗功率为最低，且与重载时实际运行功率相比较，转载机功率得到最大化，从而找到转载机功率运行的最佳平衡点。

3) 优化方案实施后，转载机过载现象大幅度减少，提高了开机率，降低了生产事故发生率，节省了人工成本，减轻了工人的劳动强度，消除了生产安全隐患。