井下物料转运效率再升级！揭秘可移动刮板转载机机头链轮组件的“革命性”设计提升

2025年08月20日 11:34 智能矿山杂志责编：戚金荣作者：智能矿山杂志

可移动刮板转载机主要应用于井田开拓临时物料转载，作为临时转载点，与井下主运或巷道带式输送机搭接起转载作用，也可用于开联络巷、功能硐室、开切眼作业。可移动刮板转载机采用轮式被动牵引方式移动，布置灵活、智能化程度高、运量大且结构可靠，解决了传统输送带转载机移动行走困难、运输爬坡角度小、重载启动差等问题，为工作面高产高效开采起到了安全智能、低碳绿色、降本增效的作用。

文章来源：《智能矿山》2025年第7期“革新·改造:中国煤科优秀QC成果专栏”

第一作者：郑晓锋，主要从事煤矿掘进及辅助作业装备的相关研究工作。E-mail：13485358643@163.com

作者单位：中国煤炭科工集团太原研究院有限公司；山西天地煤机装备有限公司；煤矿采掘机械装备国家工程实验室

引用格式：郑晓锋，周凯，刘敏. 可移动刮板转载机机头链轮组件设计提升[J].智能矿山，2025，6(7)：72-77.

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图1 可移动刮板转载机

可移动刮板转载机的运输单元采用单侧电机+减速器方式驱动，通过机头链轮组件带动刮板在运输槽内往复回转运行，实现物料转载输送和分配，机头链轮组件的可靠性及安全性对整机的正常运行至关重要。

确定课题

2024年首批次10台可移动刮板转载机交付矿方使用，出现机头链轮组件频繁损坏的现象，同一部件累计反馈质量问题20余次，重点解决井下一线机头链轮组件存在的突出问题。确定QC课题为可移动刮板转载机机头链轮组件设计提升。本批次设备主要应用于国能神东煤炭集团的哈拉沟煤矿、石圪台煤矿、补连塔煤矿等10座煤矿。QC小组统计分析2024年设备使用期间现场调查反馈的主要故障信息见表1。

表1 2024年设备使用期间故障数据统计

分析表明机头链轮组件故障发生率与实际应用工况条件关系密切，开拓岩巷阶段转载运输过程中泥岩对链轮、链条磨损较大，故障发生率较高；转载运输过程中夹矸较多，故障发生率次之；煤巷运输，故障发生率最小。为满足用户需求同时不影响整机性能，确定解决方案为提升机头链轮组件性能。

QC小组根据煤矿用户地质条件，改进驱动链轮材质和加工工艺、提高整体耐磨性能，并优化可移动式刮板转载机机头链轮组件机构。将改进后机头链轮组件交付用户更换使用，并按照性能监测试验方案记录、观测，QC课题设定了2个目标。

（1）改进链轮轴结构，由整体轴设计为分体轴，故障率高发部位轴承端拆装更为便捷，井下更换效率提高30%。

（2）优化机头链轮组件材质，提高整体强度和耐磨性能，使机头链轮组件整体使用寿命提升20%。

原因分析

根据故障数据统计信息，QC小组深入一线进行现场调查，分析总结出5个方面的故障发生原因。

（1）机头链轮组件故障主要集中于夹矸较多或煤-岩巷道工况下的物料运输，且故障发生频率较高，极端工况使用寿命仅为1～2个月，改进前机头链轮组件L型矩阵分析见表2。

表2 改进前机头链轮组件L型矩阵

（2）机头链轮组件故障初次主要表现为轴承失效，因端部浮封套与机架频繁磨损使迷宫密封失效，导致煤泥等杂质进入轴承腔，引发驱动轴倾斜、链轮轮齿断裂、刮板链断裂等系列后续故障，机头链轮组件故障演化如图2所示。

图2 机头链轮组件故障演化

（a）驱动链轮外轮齿：在实验室检验同批次链轮，链轮外形尺寸符合设计要求，链轮实际破断力561.16 kN（满足设计指标500.5 kN），驱动链轮外轮齿硬度HB310，满足设计指标（HB280～320），链轮原材料性能参数符合要求，但在实际应用中磨损严重，造成驱动链轮外轮齿断裂失效如图3所示。

图3 驱动链轮外轮齿断裂失效

（b）驱动链轮内花键：观察故障链轮发现，部分链轮磨损失效位置发生于两侧端口区域，花键在周期性冲击过程中受剪切力的作用造成微观裂纹，使用过程中在刮板链的牵引力或别卡冲击力的作用下裂纹扩展，造成驱动链轮外轮齿断裂失效，驱动链轮内花键断裂失效如图4所示。

图4 驱动链轮内花键断裂失效

出现以上故障主要因为驱动链轮设计强度不够，且轮齿受不均匀冲击力反复作用发生断裂，链轮轴及链轮花键强度不够，经磨损花键键齿被磨平失效，造成刮板链跳链运输不平稳的现象发生。

（3）各使用矿方均反映在井下有限空间内，机头链轮组件的拆装、更换过程费时费力，效率较低。改进前机头链轮组件（整体式）主要由驱动轴、驱动链轮、隔离套、轴承座（内置单轴承）、浮封套等部分组成，一般布置于卸料部尾端，驱动轴右侧安装于减速器内，左侧支撑并安装于轴承座内，改进前机头链轮组件（整体式）结构如图5所示。

图5 改进前机头链轮组件（整体式）

通过分析可知，机头链轮组件在减速器驱动下高速旋转，但由于左侧轴端与单轴承重合距离较短仅为51 mm，轴端支撑力不足，易引起驱动轴左端旋转不同心，带动浮封座与机架发生磨损，破坏间隙密封并导致轴承腔进入杂质，引发链轮轮齿断裂、刮板链轴断裂等问题。

QC小组经过勘察返修的机头链轮组件实物，统计出机头链轮组件发生故障的末端因素并综合分析，机头链轮组件故障原因分析如图6所示。

图6 机头链轮组件故障原因分析

通过全面分析，可移动式刮板转载机作为临时转载点，与井下主运或巷道带式输送机搭接起转载作用，按照正常要求每日连续工作时间应小于16～18 h，但在极端工况下24 h连续运转且用于煤-岩巷工况时，需通过改进驱动链轮的材料及加工工艺，造成驱动链轮磨损及断裂的原因为驱动链轮材质不满足极端工况使用要求，主要表现为3个方面的原因，末端主要原因“5W1H”清单见表3。

表3 末端主要原因“5W1H”清单

（a）出厂的原材料两端表面较硬，在冲压过程中受冲击力的作用造成微观裂纹，驱动链轮经热处理后裂纹加深，不进行探伤无法确认驱动链轮裂纹。

（b）驱动链轮在设备运行过程中受牵引力的作用下，驱动链轮受拉力后出现断裂。

（c）设备在运行瞬间卡顿，设备输出的转矩超过链条极限拉力，造成轮齿剪切断裂的现象。

实施对策

（1）分体式设计机头链轮组件，右侧驱动轴左侧与减速器连接，右侧小轴安装于轴承座内，中轴和左右链轮通过花键连接，改进后机头链轮组件（分体式）如图7所示。当轴承端发生故障时，可打开半盖单独将轴承座拆装，针对性更换损坏部件其他绝大部分结构保持不变，提高了井下维修效率。