自动螺旋上料机的研制与应用_数学_自然科学_专业资料。自动螺旋上料机的研制与应用 袁兆宽，朱泽祥，吴 春，张开功 【摘 要】介绍了矿用自动螺旋上料机的结构、主要参数设计及应用情况。自动 螺旋上料机由螺旋体、箱体、变速箱、电机、牵引装置组成，可以自动、定量
自动螺旋上料机的研制与应用 袁兆宽，朱泽祥，吴 春，张开功 【摘 要】介绍了矿用自动螺旋上料机的结构、主要参数设计及应用情况。自动 螺旋上料机由螺旋体、箱体、变速箱、电机、牵引装置组成，可以自动、定量 给混凝土喷射机提供物料，且上料均匀，既可节省人力，减轻工人劳动强度， 提高工效，又可提高喷射混凝土质量，很受工人欢迎。 【期刊名称】建井技术 【年(卷),期】2010(031)005 【总页数】3 【关键词】自动螺旋上料机；喷射混凝土；螺旋体；斜井井筒 目前，绝大多数基建矿井巷道均采用喷射混凝土支护。喷射混凝土施工所用的 设 PZ-5B 型混凝土喷射机是成熟产品；但喷射用料都为人工用铁铲一铲一铲 地供给，不能连续供料，造成混凝土喷射机有效利用率较低，同时工人劳动强 度较大，用工较多，效率低。为此，我们研发了自动螺旋上料机。它结构简单， 操作方便，能切实提高喷射混凝土上料的机械化程度，减轻工人劳动强度，提 高工效；据了解，目前国内还没有类似产品，从而填补了喷射混凝土自动机械 化上料机具的空白。 1 自动螺旋上料机技术特征 新研发的自动螺旋上料机外形尺寸 3 040mm×1 200mm×1 200mm，轨距 900mm，容积 3.0m3；电机功率 11kW，减速箱速比 1∶40；上料输送量 5m3/h；输送物料为混凝土拌合物，混凝土配合比为 1∶1.88∶1.73(水泥∶石 子∶砂)，综合密度 1 630kg/m3。 2 结构设计 2.1 总体结构及动作原理 自动螺旋上料机由螺旋体、箱体、变速箱、电机、牵引装置组成，如附图所示。 自制螺旋体镶嵌在箱体底盘上，在箱体后端设置变速箱、电机，作为驱动机构； 在箱体前端设置可调开口出料口。在自动螺旋上料机底部设置行走轮，以便在 斜巷、平巷轨道上运行。 自动螺旋上料机关键技术是螺旋体设计。在传动轴上设置螺旋叶片，叶片与机 箱底部构成运输物料的通道，在传动轴后端设置驱动机构，这样就可以实现自 动运输物料。在传动轴上加工好叶片后，需进行动平衡试验，使得转动平稳。 旋转靠电机驱动。经过选型计算，获得了驱动电机功率和螺旋体尺寸，从而构 成了连续上料的机构。 2.2 螺旋体结构设计 螺旋体由叶片、传动轴、钢筋条、联轴节组成。自动螺旋上料机进料靠在螺旋 体上开口实现，开口大小决定进量多少。起初是在螺旋体上开长口，但预留的 螺旋体壳会把喷浆料支撑起来而形成空穴，造成喷浆料不下漏，螺旋体旋转， 但不进料，需要加以改进。经研究，将预留的螺旋体壳改换成钢筋条后，解决 了料不下漏的问题。 2.3 减速器结构设计 按照喷浆料配合比要求，将水泥、石子、砂子机械搅拌后，装入自动螺旋上料 机，观察上料机运行中的平稳性，发现转动中机体震动较大；主要原因是螺旋 体与变速箱连接不可靠，需要改进螺旋体与变速箱、电机的布置形式。起初螺 旋体与变速箱、电机按横向“一”字形布置；因螺旋体本身较长，加上变速箱、 电机长度，整个机体较长，外形上不美观，而且还需要在尾部设置牵引装置， 但牵引装置空间位置与电机位置发生矛盾。后经研究，决定将电机、变速箱改 为立式布置。 3 主要参数设计 3.1 电机参数的选定[1] 自动螺旋上料机的电动机驱动功率，由机构运动过程中所产生的阻力来决定。 阻力主要由以下几个部分组成：①物料与料槽之间的摩擦阻力；②物料对螺旋 的摩擦阻力；③物料倾斜向上输送时的阻力；④物料悬挂轴承下的堆积阻力； ⑤物料被搅拌所产生的阻力；⑥轴承的摩擦阻力。在计算功率的时候，为简便 起见，可以把螺旋输送机总的轴功率 P 归纳为包括物料运行所需的功率 P1、空 载运转所需的功率 P2 和由倾斜引起的附加功率 P3 三个部分，计算公式如下： P=P1+P2+P3 P1=QLμ/367 P2=DL/367 P3=QH/367 式中：Q 为自动上料机输送量，m3/h；L 为自动上料机长度，m；μ 为摩擦因 数，取 3.1；D 为螺旋体直径，m；H 为倾斜高度，m。 计算得 P=2.06kW。电机选型中，还需要考虑用系数 ξ 和减速机的传递效率 η。在本设计中，选择 ξ=1.4，η=0.9。电机功率 N 计算公式为 计算得 N=3.21kW。考虑到实际运行中的阻力，实际选定的电机功率往往要比 计算值大 3～4 倍，所以确定选用 11kW 电机。 3.2 螺旋叶片计算 螺旋叶片直径 D 按下式计算[1]： D≥K2.5 式中：K 为特性系数，取 0.064 5；Q 为输送能力，5m3/h；ψ 为物料填充系 数，取 0.3；ρ 为物料堆积密度，1 630kg/m3；C 为倾角系数，取 1。 计算得 D≥199mm，将其圆整到 200mm。 4 自动螺旋上料机应用情况 自动螺旋上料机在工试验成功后，在山西兰花科创集团玉溪煤矿主斜井进行 了工业性试验。主斜井井筒全长 1 700m，坡度 16°，净断面 19.55m2，净宽 5.4m，净高 4.2m，每隔 500m 设置喷浆硐室。井筒施工总长度未超过 500m 时，在井口架起自动螺旋上料机，利用铲车装料，自动螺旋上料机向混凝土喷 射机供料。超过 500m 后，将喷浆机下放到喷浆硐室内，然后利用副提升机牵 引，将自动螺旋上料机下放到喷浆硐室前并调平，用简易溜槽改变方向，将喷 浆料送入喷浆机。具体操作过程如下： (1)清理作业现场，自动螺旋上料机进入现场。 (2)用装载机将喷浆料装入自动螺旋上料机，人工或电机车牵引至井口。初期在 井口地面作业；斜井井筒施工 500m 后，改为井下作业。 (3)在斜井井下使用自动螺旋上料机时，利用提升机牵引下放。自动螺旋上料机 下放到井筒中的喷浆硐室前后，将处于倾斜状态的自动螺旋上料机调平，前部 可调开口出料口对正喷浆机吸料平面；接通电源后，先启动喷浆机，再启动自 动螺旋上料机，并调整控制出料口流量，即可实现自动供料，不需要人工卸料， 且上料流量比较稳定。 (4)喷浆施工中，还要在喷浆料内添加速凝剂。为此，在喷浆机上增加了自动添 加速凝
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