井下物料轉運效率再升級！揭秘可移動刮板轉載機機頭鏈輪組件的“革命性”設計提升

2025年08月20日 11:34 智能礦山雜志責編：戚金榮作者：智能礦山雜志

可移動刮板轉載機主要應用于井田開拓臨時物料轉載，作為臨時轉載點，與井下主運或巷道帶式輸送機搭接起轉載作用，也可用于開聯(lián)絡巷、功能硐室、開切眼作業(yè)。可移動刮板轉載機采用輪式被動牽引方式移動，布置靈活、智能化程度高、運量大且結構可靠，解決了傳統(tǒng)輸送帶轉載機移動行走困難、運輸爬坡角度小、重載啟動差等問題，為工作面高產(chǎn)高效開采起到了安全智能、低碳綠色、降本增效的作用。

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

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

作者單位：中國煤炭科工集團太原研究院有限公司；山西天地煤機裝備有限公司；煤礦采掘機械裝備國家工程實驗室

引用格式：鄭曉鋒，周凱，劉敏. 可移動刮板轉載機機頭鏈輪組件設計提升[J].智能礦山，2025，6(7)：72-77.

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圖1 可移動刮板轉載機

可移動刮板轉載機的運輸單元采用單側電機+減速器方式驅動，通過機頭鏈輪組件帶動刮板在運輸槽內往復回轉運行，實現(xiàn)物料轉載輸送和分配，機頭鏈輪組件的可靠性及安全性對整機的正常運行至關重要。

確定課題

2024年首批次10臺可移動刮板轉載機交付礦方使用，出現(xiàn)機頭鏈輪組件頻繁損壞的現(xiàn)象，同一部件累計反饋質量問題20余次，重點解決井下一線機頭鏈輪組件存在的突出問題。確定QC課題為可移動刮板轉載機機頭鏈輪組件設計提升。本批次設備主要應用于國能神東煤炭集團的哈拉溝煤礦、石圪臺煤礦、補連塔煤礦等10座煤礦。QC小組統(tǒng)計分析2024年設備使用期間現(xiàn)場調查反饋的主要故障信息見表1。

表1 2024年設備使用期間故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計

分析表明機頭鏈輪組件故障發(fā)生率與實際應用工況條件關系密切，開拓巖巷階段轉載運輸過程中泥巖對鏈輪、鏈條磨損較大，故障發(fā)生率較高；轉載運輸過程中夾矸較多，故障發(fā)生率次之；煤巷運輸，故障發(fā)生率最小。為滿足用戶需求同時不影響整機性能，確定解決方案為提升機頭鏈輪組件性能。

QC小組根據(jù)煤礦用戶地質條件，改進驅動鏈輪材質和加工工藝、提高整體耐磨性能，并優(yōu)化可移動式刮板轉載機機頭鏈輪組件機構。將改進后機頭鏈輪組件交付用戶更換使用，并按照性能監(jiān)測試驗方案記錄、觀測，QC課題設定了2個目標。

（1）改進鏈輪軸結構，由整體軸設計為分體軸，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)化機頭鏈輪組件材質，提高整體強度和耐磨性能，使機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)計信息，QC小組深入一線進行現(xiàn)場調查，分析總結出5個方面的故障發(fā)生原因。

（1）機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輸，且故障發(fā)生頻率較高，極端工況使用壽命僅為1～2個月，改進前機頭鏈輪組件L型矩陣分析見表2。

表2 改進前機頭鏈輪組件L型矩陣

（2）機頭鏈輪組件故障初次主要表現(xiàn)為軸承失效，因端部浮封套與機架頻繁磨損使迷宮密封失效，導致煤泥等雜質進入軸承腔，引發(fā)驅動軸傾斜、鏈輪輪齒斷裂、刮板鏈斷裂等系列后續(xù)故障，機頭鏈輪組件故障演化如圖2所示。

圖2 機頭鏈輪組件故障演化

（a）驅動鏈輪外輪齒：在實驗室檢驗同批次鏈輪，鏈輪外形尺寸符合設計要求，鏈輪實際破斷力561.16 kN（滿足設計指標500.5 kN），驅動鏈輪外輪齒硬度HB310，滿足設計指標（HB280～320），鏈輪原材料性能參數(shù)符合要求，但在實際應用中磨損嚴重，造成驅動鏈輪外輪齒斷裂失效如圖3所示。

圖3 驅動鏈輪外輪齒斷裂失效

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

圖4 驅動鏈輪內花鍵斷裂失效

出現(xiàn)以上故障主要因為驅動鏈輪設計強度不夠，且輪齒受不均勻沖擊力反復作用發(fā)生斷裂，鏈輪軸及鏈輪花鍵強度不夠，經(jīng)磨損花鍵鍵齒被磨平失效，造成刮板鏈跳鏈運輸不平穩(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，機頭鏈輪組件的拆裝、更換過程費時費力，效率較低。改進前機頭鏈輪組件（整體式）主要由驅動軸、驅動鏈輪、隔離套、軸承座（內置單軸承）、浮封套等部分組成，一般布置于卸料部尾端，驅動軸右側安裝于減速器內，左側支撐并安裝于軸承座內，改進前機頭鏈輪組件（整體式）結構如圖5所示。

圖5 改進前機頭鏈輪組件（整體式）

通過分析可知，機頭鏈輪組件在減速器驅動下高速旋轉，但由于左側軸端與單軸承重合距離較短僅為51 mm，軸端支撐力不足，易引起驅動軸左端旋轉不同心，帶動浮封座與機架發(fā)生磨損，破壞間隙密封并導致軸承腔進入雜質，引發(fā)鏈輪輪齒斷裂、刮板鏈軸斷裂等問題。

QC小組經(jīng)過勘察返修的機頭鏈輪組件實物，統(tǒng)計出機頭鏈輪組件發(fā)生故障的末端因素并綜合分析，機頭鏈輪組件故障原因分析如圖6所示。

圖6 機頭鏈輪組件故障原因分析

通過全面分析，可移動式刮板轉載機作為臨時轉載點，與井下主運或巷道帶式輸送機搭接起轉載作用，按照正常要求每日連續(xù)工作時間應小于16～18 h，但在極端工況下24 h連續(xù)運轉且用于煤-巖巷工況時，需通過改進驅動鏈輪的材料及加工工藝，造成驅動鏈輪磨損及斷裂的原因為驅動鏈輪材質不滿足極端工況使用要求，主要表現(xiàn)為3個方面的原因，末端主要原因“5W1H”清單見表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，在沖壓過程中受沖擊力的作用造成微觀裂紋，驅動鏈輪經(jīng)熱處理后裂紋加深，不進行探傷無法確認驅動鏈輪裂紋。

（b）驅動鏈輪在設備運行過程中受牽引力的作用下，驅動鏈輪受拉力后出現(xiàn)斷裂。

（c）設備在運行瞬間卡頓，設備輸出的轉矩超過鏈條極限拉力，造成輪齒剪切斷裂的現(xiàn)象。

實施對策

（1）分體式設計機頭鏈輪組件，右側驅動軸左側與減速器連接，右側小軸安裝于軸承座內，中軸和左右鏈輪通過花鍵連接，改進后機頭鏈輪組件（分體式）如圖7所示。當軸承端發(fā)生故障時，可打開半蓋單獨將軸承座拆裝，針對性更換損壞部件其他絕大部分結構保持不變，提高了井下維修效率。

圖7 改進后機頭鏈輪組件（分體式）

（2）在分體式機頭鏈輪組件結構基礎上，將單軸承座優(yōu)化為雙軸承座，內部安裝2組SKF軸承，有效延長小軸支撐距離，增強其選裝穩(wěn)定性。在機頭鏈輪組件高速旋轉的情況下，分體軸將會始終保持同心，避免浮封座與機架磨損，提高設備對井下負責工況的適應性，改進后機頭鏈輪組件（分體式+雙軸承）如圖8所示。

圖8 改進后機頭鏈輪組件（分體式+雙軸承）

（3）升級優(yōu)化機頭鏈輪組件主要結構材質化，提高其整體強度和耐磨性能，進一步增強其適應復雜工況的能力，改后機頭鏈輪組件L型矩陣分析見表4。

表4 改后機頭鏈輪組件L型矩陣

效果驗證

通過優(yōu)化、提升關鍵元件驅動軸、驅動鏈輪、浮封套主要從硬度、材料、結構，改進后的機頭鏈輪組件轉載半煤巖物料、夾矸較多的時候，每天工作16～18 h，連續(xù)工作30天工況條件下各元件應用效果良好。

統(tǒng)計煤巷、半煤巖（夾矸）、巖巷不同應用工況的使用壽命，改進型機頭鏈輪組件平均壽命得到提高，壽命提升率均20%，改進前后機頭鏈輪組件使用壽命對比如圖9所示，完成本課題預期考核目標。

圖9 改進前后機頭鏈輪組件使用壽命對比

統(tǒng)計地面、井下拆裝效率，改進型機頭鏈輪組件拆裝、維修更換時間均縮短，拆裝更換效率均30%，改進前后機頭鏈輪組件拆裝時間對比如圖10所示，完成本課題預期考核目標。

圖10 改進前后機頭鏈輪組件拆裝時間對比

2024年10月30日前，改進后的機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故障信息，運行良好，機頭鏈輪組件設計提升后成功應用如圖11所示，在滿足用戶使用需求的基礎上實現(xiàn)了QC課題的設定目標。

圖11 機頭鏈輪組件設計提升后成功應用

鞏固措施

為使QC小組的成果得到及時鞏固和推廣應用，具體采取3個方面的措施。

（1）及時了解用戶實際使用情況，積極正視礦方后期可能反饋的各類相關問題，做到解決方案快速響應。

（2）持續(xù)加強產(chǎn)品外協(xié)加工、裝配過程的質量管控，運用本次QC活動取得的成果和經(jīng)驗對同類產(chǎn)品以改進和優(yōu)化。

（3）繼續(xù)圍繞產(chǎn)品不斷賦能、改造、創(chuàng)新來開展活動，把產(chǎn)品做精、做細，提升產(chǎn)品的質量和創(chuàng)新性。

結語

通過對可移動刮板轉載機機頭鏈輪組件的設計提升，成功解決了設備在井下工況中頻繁損壞的問題。將驅動軸由整體式改為分體式并優(yōu)化為雙軸承座結構，同時升級關鍵部件材質，使組件使用壽命提升20%，井下拆裝效率提高30%，適應煤巷、半煤巖巷等復雜工況，改進后的設備運行穩(wěn)定，提升了井下物料轉運效率。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

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《智能礦山》

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