巷道喷浆中物料抓取装置的设计与研究

巷道喷浆中物料抓取装置的设计与研究

    在煤矿巷道的锚喷支护中，混凝土的湿喷作业需要现场搅拌。搅拌机和运料矿车分别停在不同轨道上(见图1)，需要一套效率高、结构紧凑的物料抓送装置将砂石物料送人搅拌机。由于煤矿巷道空间比较狭窄(见图2)，所以，只有对各种可行的物料抓送装置进行认真分析对比，才能从中找出理想方案，满足现场生产的需要。本文对几种拟采用抓斗的设计进行了一系列具体的分析研究。

    1 直动滑杆式抓斗
    直动滑杆式抓斗的结构原理，开合油缸活塞杆(承重杆)端部通过铰链与左右2片抓斗相连，两片抓斗分别通过一个连杆与开合油缸缸体相连，活塞杆的伸缩可实现抓斗的开合。若以开合油缸缸体为机架，则活塞杆与每片抓斗以及其连杆，就构成一个直动滑杆机构。这种结构虽然在理论上可行，但并不适于在煤矿巷道的工作现场中采用，一是占用竖直方向的空间太大，经过计算可知，开合油缸缸体上的铰链中心到抓斗底部边缘大约是0．8 in，而悬臂到矿车上沿只有1．3 1．4 m(见图2)，若把油缸嵌在吊臂里面，则安装和维修都比较麻烦；二是活塞杆受力不好，若2片抓斗在插入矿车的过程中受力不均匀，则会导致活塞杆受到弯矩，除此之外，在坡度巷道抓起物料时，活塞杆所受作用力与其轴线有夹角，也使所受弯矩不平衡。直动滑杆式抓斗的结构原理图
    2 复合铰链的曲柄摇块抓斗
    这种结构的原理，它是针对直动滑杆式抓斗的缺点提出的。若不计承重杆，则余下的构件组成
一个曲柄摇块机构。抓斗开合可使用2个横向对称布置的油缸，承重杆直接跟吊臂用法兰联接。
这种结构的主要优点：一是抓斗在竖直方向占用的空间比上一种结构小得多，因为油缸横向布置，只要便于安装，承重杆就可以做得很短，安装法兰可以放在两油缸之间；--是活塞杆受力状况大为改善，油缸横向布置，两端均采用耳环安装，受力状况近似一个二力杆，活塞杆只受拉压作用。但这种结构的一个不足之处是运动具有不确定性，以承重杆为机架，可以看出该机构具有自由构件4个(左右2片抓斗、活塞杆、开合油缸缸体)，复合铰链1个(合2个转动副)，转动副2个，移动副1个，所以自由度F=3×4—2×(1×2+2+1)=2而原动件只有活塞杆1个，所以抓斗的运动就不能确定，左右抓斗、开合油缸及其活塞杆就会作为一个整体绕承重杆端部旋转。若在抓料前出现这种情况，则可能使抓斗张开角度不合适，例如一片抓斗相对于竖直线的夹比较小，另一片抓斗相对于竖直线的夹角比较大，就会导致整个抓斗伸不进矿车中(矿车开I：I比较窄，见图2)；若在放料前出现这种情况，则可能把物料散在搅拌机外面。
    3 双独立铰链抓斗
    2片抓斗的回转中心不重合，分别位于承重板的2个底角附近，承重板的顶部与吊臂法兰联接，开合油缸从它的中间穿过，在抓斗紧闭时，能保证2片抓斗不会晃动，但在其他位置，同样存在2片抓斗运动不对称问题。从理论上也可以证明，这种结构只是把上一种结构中承重杆端部的
复合铰链换成承重板底角处的2个独立铰链，转动副还是2个，自由度还是2个，因此抓斗在离开闭合位置以后的运动还是不确定。
    4 具有辅助连杆的双曲柄抓斗
    该结构是在图5中加上了一个辅助连杆，其原理相当于一个双曲柄机构B两点分别位于承重板的2个铰链中心，c、D两点是辅助连杆的2个铰接点，CD的长度就是辅助连杆的长度，线段AC的转角就是左抓斗的转角，线段BD的转角就是右抓斗的转角。以下是对该机构的简要分析，抓斗闭合时机构处于ACBD位置，抓斗完全张开时机构处于AC BD 位置，合理地选择各个构件的长度和起始位置，就可以实现CAC = DBD ，即从闭合到张开，左右抓斗的总旋转角度是相等的，使2片抓斗能够对称运动。虽然这种原理的2片抓斗的瞬时角速度不完全相同，但是相差很小，能够满足工程实际的需求。

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