于之龍

（山西新景礦煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 陽(yáng)泉 045000）

1 刮板輸送機(jī)設(shè)計(jì)選型

此煤礦每小時(shí)可產(chǎn)煤3 700 t，采煤工作面長(zhǎng)300m，其中刮板鏈的設(shè)計(jì)速度為1.5m/s。設(shè)計(jì)刮板輸送機(jī)需要考慮很多因素，首先要根據(jù)實(shí)際工況計(jì)算刮板機(jī)的運(yùn)輸能力以及在負(fù)載運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的阻力大小等，同時(shí)還要選擇合適的電機(jī)。

刮板機(jī)輸送量的計(jì)算公式如下：

式中：Q為刮板機(jī)的輸送量，t/h；A為刮板機(jī)上的負(fù)載最大的截面面積，m2；φ為刮板機(jī)滿載系，取0.9；γ為單位體積的負(fù)載，t/m3，取值0.9；v為運(yùn)行時(shí)輸送機(jī)的速度，m/s。

根據(jù)實(shí)際情況得知，輸送機(jī)的運(yùn)輸量Q為3 700 t/h，速度v為1.5m/s，由上式可得刮板機(jī)上負(fù)載最大的截面面積A為0.85m2。

1.1 運(yùn)行阻力和總牽引力計(jì)算

考慮到刮板輸送機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，在計(jì)算運(yùn)行阻力時(shí)分為直線段和曲線段兩類。若刮板輸送機(jī)沿曲線段方向運(yùn)行，則不僅受到負(fù)載和刮板鏈自重力的影響，還受到在傾斜方向上負(fù)載和刮板鏈引起的下滑力的影響。因此，在計(jì)算時(shí)，將兩者之和統(tǒng)稱為總運(yùn)行阻力。

刮板輸送機(jī)在井下實(shí)際工況中，不僅存在直線運(yùn)行還存在曲線運(yùn)行。這兩種運(yùn)行方式下刮板輸送機(jī)受到的阻力是不同的，在計(jì)算總的運(yùn)行阻力時(shí)要把兩部分產(chǎn)生的阻力加到一起。

曲線運(yùn)行段產(chǎn)生的總阻力的計(jì)算公式如下：

直線運(yùn)行段產(chǎn)生的總阻力的計(jì)算公式如下：

總的阻力計(jì)算公式如下：

式中：Wzh為曲線運(yùn)行段總阻力，N；q為單位長(zhǎng)度刮板輸送機(jī)上負(fù)載的質(zhì)量，取686 kg/m；q1為單位長(zhǎng)度刮板鏈的質(zhì)量，取36 kg/m；L為刮板輸送機(jī)自身長(zhǎng)度，取300m；ω為負(fù)載煤在溜槽內(nèi)滑動(dòng)時(shí)的阻力系數(shù)，取0.7；ω1為刮板鏈在溜槽內(nèi)滑動(dòng)時(shí)的阻力系數(shù)，取0.3；g為重力加速度，取9.8m2/s；β為運(yùn)行時(shí)刮板輸送機(jī)的傾斜角，取12°；Wk為曲線運(yùn)行段總阻力，N；Wf為附加的阻力系數(shù)，取1.1。

將已知數(shù)據(jù)帶入式（2）（3）（4）可得 Wzh=970 665 N；Wk=53 063N；W0=1 238 711N。

1.2 刮板鏈強(qiáng)度驗(yàn)算

現(xiàn)在需要對(duì)刮板鏈的受力強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，鏈條分別受到靜張力和動(dòng)張力，兩類張力最大值之和就為鏈條最大張力值[1]。

當(dāng)刮板輸送機(jī)選擇雙鏈型時(shí)，其安全系數(shù)應(yīng)該滿足下面的關(guān)系式：

式中：Sp為某一鏈條被破壞時(shí)所受的拉力，N；λ為圓環(huán)鏈?zhǔn)芰Σ痪鶆蛳禂?shù)，取0.85；Smax為鏈條的最大抗拉強(qiáng)度。

經(jīng)逐點(diǎn)張力法計(jì)算可以得知Smax=975 665N。如果Sp=3 010 kN，那么K=4.37＞3.5。由此可見(jiàn)刮板鏈的強(qiáng)度設(shè)計(jì)滿足要求。

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，選擇SGZl000/3000中雙鏈變頻刮板輸送機(jī)。

2 刮板輸送機(jī)配套設(shè)備的設(shè)計(jì)選型

2.1 輪式破碎機(jī)

輪式破碎機(jī)的作用是切割煤層并破碎煤層。切割煤層的工作原理是利用高速運(yùn)動(dòng)的切割刀快速通過(guò)目標(biāo)煤層，目標(biāo)煤層會(huì)受到比較大的沖擊力，實(shí)現(xiàn)切割煤層的目的。破碎機(jī)接著會(huì)把割下的煤層進(jìn)行破碎，破碎煤層的工作原理是利用破碎機(jī)上刀座的速度與刮板鏈和破碎軸的速度之間的差值來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)割下煤的擠壓，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)割下煤層的破碎。在實(shí)際的礦井下，需要將破碎后的煤進(jìn)行運(yùn)輸，因此破碎機(jī)還需要與輸送機(jī)一起組合使用。輪式破碎機(jī)有很多型號(hào)，本文選擇對(duì)PLM5000型輪式破碎機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。此破碎機(jī)利用4個(gè)部件聯(lián)合使用來(lái)達(dá)到傳動(dòng)的目的，這4個(gè)裝置包括電動(dòng)機(jī)、液力偶合器、減速器、彈性聯(lián)軸節(jié)。這個(gè)破碎機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是可以調(diào)節(jié)出煤的塊度。此功能是根據(jù)進(jìn)入破碎機(jī)煤的塊度來(lái)控制墊板實(shí)現(xiàn)的。

2.2 轉(zhuǎn)載機(jī)

在井下機(jī)械選型時(shí)，不能單純只考慮一個(gè)器械的性能，要考慮其和其他配套設(shè)施一起使用時(shí)的性能，本文選擇SZZl350/500型轉(zhuǎn)載機(jī)與刮板輸送機(jī)配套使用。SZZl350/500型轉(zhuǎn)載機(jī)的電動(dòng)機(jī)采用的是變頻電動(dòng)機(jī)，其傳動(dòng)系統(tǒng)采用的是齒輪傳動(dòng)，并且轉(zhuǎn)載機(jī)通過(guò)花鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)鏈輪組件和減速器的連接。為了減少轉(zhuǎn)載機(jī)所占的體積，把它平行布置在傳動(dòng)裝置一側(cè)。為了方便轉(zhuǎn)載機(jī)的靈活運(yùn)移和轉(zhuǎn)動(dòng)，SZZl350/500型轉(zhuǎn)載機(jī)設(shè)有鉸接槽和拉移點(diǎn)。

3 礦用刮板輸送機(jī)主要結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)

3.1 鏈輪和鏈輪組件

刮板機(jī)通過(guò)鏈輪組件來(lái)實(shí)現(xiàn)其動(dòng)力傳動(dòng)[2]，因此鏈輪組件的好壞直接影響刮板輸送機(jī)的性能?？梢酝ㄟ^(guò)多方面措施來(lái)提高鏈輪組件的性能。比如短齒的抗壓強(qiáng)度比較大，可以利用短齒來(lái)增強(qiáng)鏈輪的強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)鏈輪結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。同時(shí)可以通過(guò)編程設(shè)計(jì)來(lái)精確鏈窩的外形和尺寸?？梢酝ㄟ^(guò)改善熱處理工藝，來(lái)增強(qiáng)鏈輪組件的抗磨性能。同時(shí)為了方便鏈輪組件的維修，選用德國(guó)格茨的浮動(dòng)密封件，其承受變形的能力大，裝配軸之間間距的改變比較簡(jiǎn)單。通過(guò)一系列措施的改進(jìn)，來(lái)提高鏈輪組件的整體性能。

3.2 鏈條和刮板

刮板輸送機(jī)中的鏈條傳動(dòng)有兩部分組成，分別是鏈輪組件、刮板鏈，這兩個(gè)組件中刮板鏈?zhǔn)莻鲃?dòng)的核心。刮板輸送機(jī)在井下運(yùn)輸?shù)木嚯x比較長(zhǎng)，并且運(yùn)輸煤的量很大，為了滿足上述兩個(gè)要求，設(shè)計(jì)了內(nèi)徑為48mm、外徑為152mm的圓環(huán)鏈和配套的鏈傳動(dòng)系統(tǒng)。圓環(huán)鏈有很好的靈活性，可以實(shí)現(xiàn)垂直面、水平面上的彎曲變形。為了提高圓環(huán)鏈的強(qiáng)度和彎曲的靈活度，在圓環(huán)鏈主截面和圓形接觸截面之間增加平滑的過(guò)渡結(jié)構(gòu)。同時(shí)可以對(duì)熱處理工藝進(jìn)行改進(jìn)，來(lái)增強(qiáng)環(huán)鏈的韌性。通過(guò)ANSYS數(shù)值模擬，找到刮板設(shè)計(jì)時(shí)的最大應(yīng)力分布部位，然后設(shè)法降低甚至消除。

為了方便刮板安裝，降低刮板刮卡，刮板的結(jié)構(gòu)使用雙向?qū)ΨQ模鍛。在熱處理工藝中，讓刮板中間和兩端分別采用不同的工藝，其中后者應(yīng)用中頻淬火，通過(guò)這種方式來(lái)降低刮板使用中出現(xiàn)的磨損情況。

3.3 中部槽

中部槽是刮板輸送機(jī)的承重部件[3]，易和其接觸物出現(xiàn)摩擦，因此極易因摩擦而出現(xiàn)磨損。并且作為承載部件，很容易因?yàn)榇蟮呢?fù)載而出現(xiàn)變形。根據(jù)上述所示，為了保證刮板機(jī)穩(wěn)定使用，中部槽要有良好的抗磨性能以及抗變形的強(qiáng)度。

中部槽的底部作為一個(gè)整體，采用鑄焊封底，中部槽的兩邊則采用強(qiáng)度比較大的新型材料。為了防止材料因焊接出現(xiàn)強(qiáng)度下降，中板的搭接方式運(yùn)用能用機(jī)械化焊接的U型搭接，同時(shí)為了進(jìn)一步提高焊口的精度，增加其使用年限，還需要對(duì)焊接后的槽體進(jìn)行整體加工。通過(guò)對(duì)中部槽整體受力分析，找到受力過(guò)大易發(fā)生損壞的部位，進(jìn)行加固。通過(guò)合理計(jì)算，使得銷軌、軌座等之間的裝配公差更加合理，通過(guò)對(duì)中部槽的一系列優(yōu)化措施，使得其核心部位的有較高的安全系數(shù)。

3.4 機(jī)頭機(jī)尾部

刮板輸送機(jī)運(yùn)用交叉?zhèn)刃妒降臋C(jī)頭，來(lái)降低卸煤高度和卸煤過(guò)程中產(chǎn)生的阻力。同時(shí)為了方便維修轉(zhuǎn)載機(jī)上的鏈條，機(jī)頭架的中板設(shè)有天窗。采用防脫落片啞鈴聯(lián)接結(jié)構(gòu)來(lái)增強(qiáng)機(jī)頭架與過(guò)渡槽兩者之間的強(qiáng)度。為了讓卸煤過(guò)程更加流暢，可以通過(guò)以下措施進(jìn)行改進(jìn)：擴(kuò)大主要卸煤口的尺寸、優(yōu)化犁煤板的形狀與結(jié)構(gòu)。同時(shí)為了增加刮板輸送機(jī)的使用年限，要避免刮板與中板發(fā)生接觸和碰撞。為了防止輸送機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)的鏈條相互纏繞而發(fā)生故障，鏈條安裝方式應(yīng)用多孔交錯(cuò)的方式。研究設(shè)計(jì)的刮板機(jī)機(jī)頭部的三維模型如圖1所示。

圖1 刮板機(jī)機(jī)頭部三維示意

刮板輸送機(jī)尾部的伸縮結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，刮板機(jī)機(jī)尾架電控系統(tǒng)的功能很多，首先可以控制機(jī)尾架的伸縮功能、電液控制系統(tǒng)同時(shí)還可以控制位移和壓力傳感器指令。尾部的伸縮功能就是電控系統(tǒng)利用指令來(lái)控制液控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。自動(dòng)化的電液控制系統(tǒng)可以根據(jù)輸送機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況，來(lái)及時(shí)調(diào)整鏈條的張弛程度，進(jìn)而改善鏈條受力情況，減少不必要的磨損，提高使用年限。為了在一定程度上防止刮板機(jī)尾部鏈條發(fā)生刮卡，尾部的鏈條適宜使用有抗撞功能并且傾斜角比較小的壓鏈體。通過(guò)對(duì)薄弱部位結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，來(lái)增強(qiáng)輸送機(jī)的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于刮板輸送機(jī)的設(shè)計(jì)選型及其主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)，應(yīng)充分考慮各煤礦的具體情況，使其合理，滿足生產(chǎn)需要。本設(shè)計(jì)通過(guò)聯(lián)合交流變頻技術(shù)、自動(dòng)恒壓緊鏈裝置等實(shí)現(xiàn)了對(duì)刮板運(yùn)輸機(jī)的智能控制。