SGZ1000 1400 型刮板输送机中部槽的设计.pdf

收稿日期2012 －01 －11 作者简介温建刚 1973 － ，男，山西祁县人，硕士，高级工程师，1996 年毕业于沈阳建筑大学机械设计与制造专业， 2010 年获得中国地质大学机械工程领域工程硕士学位，现主要从事煤矿运输机械等方面的设计研究工作。 SGZ1000/1400 型刮板输送机中部槽的设计 温建刚 中国煤炭科工集团 太原研究院，山西 太原030006 摘要简述了综采工作面刮板输送机的发展趋势及其对中部槽的可靠性和耐久性的使用要 求。以 SGZl000/1400 型刮板输送机为例，文章详细介绍了中部槽的主要参数确定及其结构设计。 并分析了当前中部槽的结构特点，其内容对刮板输送机中部槽的设计具有较好的指导意义。 关键词刮板输送机;中部槽设计;可靠性;耐久性 中图分类号TD528文献标识码B 文章编号1671 －0959 2012 10- 0118- 03 1概述 刮板输送机是采煤工作面最主要的运输装置，其能否 正常运转直接影响工作面的生产能力［1 ］。在采煤工作面内， 刮板输送机不仅是运送煤和物料的设备，而且还是采煤机 的运行轨道，要满足采煤机的牵引、行走、装煤等配套要 求，它又是液压支架连接定位装置，能作液压支架前移的 支点，影响到液压支架的合理布置，所以工作面刮板输送 机的设计是工作面配套的关键。当前，随着煤炭企业走 “一矿一井一面”的集约化高度集中生产管理之路，长壁综 采工作面的装备向着生产能力大，自动化程度高，安全可 靠方向发展，各种新型采煤机和液压支架的应用，对工作 面刮板输送机的机械性能和配套性能提出了更高的要求， 如大功率、大运量、长运距、高可靠性及长寿命等。作为 刮板链导向轨道和装、运煤载体的刮板输送机中部槽，它 既要承受采煤机牵引力、切割反力、重力，又要承受液压 支架的推溜力及拉架力［2 ］，因此中部槽在工作中受冲击、 振动、弯曲、压力、摩擦等作用，特别是刮板链条、槽中 的货物和中板的摩擦特别严重［3 ］，应具有很高的抗磨强度， 其抗磨寿命高达每磨损 1mm 可过煤 40 ～60 万 t;设计计算 时经常以中部槽的过煤量估算刮板机整机寿命，其结构的 合理性、质量的稳定性直接影响着刮板输送机整机的寿命、 可靠性和综采作业配套性［4 ］。因此中部槽的设计是刮板输 送机设计的关键，提高刮板输送机的可靠性和耐久性必须 首先提高中部槽的可靠性和使用寿命。文章以能满足年产 800 万 t 生产能力的 SGZ1000/1400 型工作面刮板输送机为 例，介绍了重型刮板输送机中部槽设计时的关键。 2中部槽主要参数的确定 2. 1中部槽长度的确定 设计适用于缓倾斜煤层，工作面长度 250m，输送能力 2500t/h 的高可靠性重型综采工作面刮板输送机，能够满足 年产 800 万 t 的生产能力。综合考虑煤层赋存状况和引进国 外配套综采设备，确定以 JOY 6LS5 型采煤机和 DBT2400/ 5000 液压支架为工作面配套设备进行设计，根据配套要求 设计采高为 4. 2m。 为保证大采高时液压支架的稳定性，设备配套时选用 DBT2400/5000 液压支架的宽度为 1750mm，所以中部槽的 长度也相应为 1750mm。 2. 2中部槽内槽宽度的确定 2. 2. 1按采煤机生产能力计算输送机运量 根据总体配套设计，工作面设计采高为 4. 2m，当量截 深 0. 865m，考虑到大采高支架稳定性差，采煤机割煤速度 按 8m/min 计算。 采煤机小时生产能力 QC 60HbvγC 60 4. 2 0. 865 8 1. 35 0. 95 2236t/h 式中QC 采煤机小时生产能力，t/h; H 工作面平均采高，m; b 当量截深，m; v 采煤机截煤平均牵引速度，m/min; γ 实体煤密度，取 1. 35t/m3; C 工作面回采率，取 0. 95。 考虑大采高工作面片帮煤严重等因素，输送机的小时 运量 QS为采煤机小时产量 QC的 1. 1 倍。 QS 1. 1QC 1. 1 2236 2460t/h 通过计算工作面刮板输送机小时运量应为 2460t/h，圆 整为 2500t/h。 2. 2. 2输送机过煤断面及槽内宽的确定 输送机的过煤断面 811 装备技术煤炭工程2012 年第 10 期 Amin QS 3600VγΨ 2500 3600 1. 32 0. 85 0. 8 0. 78m2 式中V 刮板链速度，取 1. 32m/s; γ 松散煤密度，取 0. 85t/m3; Ψ 输送机溜槽装满系数，取 0. 8。 由此可知，在满足输送能力 2500t/h、链速 1. 32m/s 时，中部槽过煤断面 A 应大于等于 0. 78m2。根据中部槽运 输时可运走的装煤高度最大为 800mm，可知中部槽宽度应 大于等于 975mm，故取槽内宽为 1000mm，满足输送能力的 要求。 2. 3中部槽槽帮高度的确定 2. 3. 1输送机链条最大张力的计算 1已知条件运输机长度 L 250m;刮板链每米重量 q01. 08kN/m;输送机铺设倾角 β 0;中部槽对煤阻力 系数 ω 0. 6;刮板上链阻力系数 ω 0. 3;刮板下链阻力 系数 ω″ 0. 6。 通常所采用的机头、机尾传动装置功率相等的布置方 式，输送机布置及刮板链运行阻力如图 1 所示。 图 1刮板链运行阻力简图 2中部槽上单位长度煤的重量 q q Qsg 3600V 2500 9. 8 3600 1. 32 5. 16kN/m 式中g 重力加速度，9. 8m/s2。 3上链阻力 WZ WZ L ωcosβ sinβ q0L ωcosβ sinβ qLω q0Lω 250 5. 16 0. 6 1. 08 0. 3 855kN 4下链阻力 WK WK q0L ω″cosβ sinβ 1. 08 250 0. 6 162kN 5最大张力点的确定F1和 F3分别为发生在机头驱 动链轮与机尾驱动链轮的脱链点处，最小张力点必为其中 之一。通过对刮板输送机机头、机尾传动装置功率分配配 比 K 与机头、机尾传动装置各自所应直接克服的阻力之比 WZ/WK加以比较后就能作出判断。 由于 K ＜ WZ/WK，F3为最小张力点张力 通常机头、机 尾各布置一个功率相等的传动装置时，F3为最小张力点张 力 。理论上讲，链条运行中最小张力点张力数值为零为 宜，但考虑脱链需要，设定为 5kN。 根据上述已知条件可计算出 F3 5kN F4 F3 WZ 5 855 860kN F1 2F3 WZ－ WK 2 2 5 855 － 162 2 351. 5kN F2 F1 WK 351. 5 162 513. 5kN 输送机链条最大张力点在机头入链点处，最大张力数 值为 860kN。 2. 3. 2输送机链条的选择 1链条试验负荷拉力 Sp的计算。根据下式 n λS pi Smax 可计算得 Sp≥ n Smax λi 1343. 75kN 式中n 链条安全系数，基于驱动电机起动力矩对额定 力矩之比的考虑，取 2. 5; Sp 链条试验负荷拉力，kN; Smax 链条最大张力点张力，取 860kN; i 链条股数，中双链取 i 2; λ 链条受力不均匀系数，中双链为 0. 8。 现代高性能的运输机一般都设计配套扁平链条，这样 不仅可以尽可能降低运输机高度，也可减轻刮板链对刮板 机中、底板板的磨损。因此，初选输送机链条为 THIELE 公司 Φ38 137THD 扁平链，其试验负荷拉力为 1360kN。 2. 3. 3输送机刮板链及槽帮高度的确定 当今中、重型工作面刮板输送机一般均采用封底中部 槽，这不仅改善了对刮板链下链的运行阻力，更重要的是 提高了中部槽整体连接强度和刚度，降低中部槽事故的发 生。因此，SGZ1000/1400 型工作面刮板输送机的中部槽也 设计为封底板结构，按 Φ38 137 扁平链设计的刮板链组件 的高度为 118mm，刮板输送机标准中部槽的槽型的设计应 满足如下要求 1为保证刮板链运行畅通防止卡链发生，中部槽下链 道高度应比刮板高 12 ～20mm。 2对于中部槽宽 内宽 ≥1m、厚煤层用重型或超重 型刮板机，为提高整机寿命 过煤量达 800 万 t ，中板采用 40mm 厚的高强度耐磨板，底板采用 30mm 厚的高强度耐磨 板。 3槽帮由合金钢铸造，其上缘受磨损部位不小于 25mm，考虑到铲板槽帮工作时磨损较挡板槽帮严重，铲板 槽帮的上缘比挡板槽帮高出 8mm。 4同时考虑抗拉强度达 3000kN 的连接哑铃座所需空 间。 5设计时还应考虑在总体配套中满足采煤机切割卧底 量的要求。 根据上述设计要求，中部槽挡板槽帮高度确定为 331mm，铲板槽帮的高度确定为 363mm。 911 2012 年第 10 期煤炭 工程装备技术 3中部槽的结构设计 在中部槽的长度、宽度和高度按上述要求及计算确定 后，在结构设计时还需计算中部槽水平弯曲角度和垂直弯 曲角度是否满足设计规定值的要求。在满足配套和使用要 求的前提下，应合理选定工作面刮板输送机可弯曲角度。 为了保证中部槽的整体强度及过煤量大，中部槽设计 为铸造焊接封底式结构，它主要由挡板槽帮、封底板、中 板、铲板槽帮、左轨座、右轨座及挡煤板等组成，其结构 如图 2 所示，断面图如图 3 所示。另外，在中部槽结构设 计时还应考虑其与采煤机和液压支架的结构尺寸的配套关 系，配套截面图如图 4 所示。其特点是槽帮与其相应附件 铸成一体而分别简化为铲板槽帮和挡板槽帮，减少中部槽 焊接量，且其结构和尺寸可按要求灵活设计或改动，以满 足不同用户要求。 4中部槽的结构特点及材质 1挡板和铲板槽帮采用优质合金钢整体铸造，中板和 封底板采用40mm 和30mm 整体淬火高强耐磨板，整体强度 高，过煤量大。 2设有带楔开检查门的观察槽，维护时，工人可完全 接近底部链道。 图 4配套截面图 mm 3中部槽长度加大到 1750mm，增加了溜槽强度，提 高了工作面移架速度。 4中部槽间采用高强哑铃联接，中部联接强度达到 3000kN。 5刮板链采用中双链，刮板链条受力均匀，溜槽磨损 小，水平弯曲性能好。 6机头、机尾槽均采用变线设计，以保证采煤机有效 割通。 7采煤机牵引系统采用 147mm 节距的新型整体锻造 销轨，大大提高了输送机销轨和采煤机牵引轮的强度，可 有效保证采煤机与刮板输送机牵引啮合的可靠性和使用 寿命。 5结语 中部槽设计是综采工作面刮板输送机尤其是诸如 SGZ1000/1400 型用于高产高效工作面刮板输送机设计中的 重要环节。设计时除正确设计结构尺寸保证工作面刮板输 送机满足综采配套要求外，还需按预定强度寿命指标正确 选材以满足高强度、高耐磨性的要求，保证工作面刮板输 送机可靠运行。为此，文章从结构尺寸设计及主要件材质 的选择做了论述，对刮板输送机中部槽的设计具有一定的 指导意义与参考价值。 参考文献 ［ 1］刘品强． 刮板输送机中部槽的强度分析及优化 ［D］ ． 天津 河北工业大学，2007． ［ 2］朱秀梅．刮板输送机关键零部件的强度分析及研究 ［D］ ． 阜新辽宁工程技术大学，2006． ［ 3］孔强． 延长刮板输送机中部槽使用寿命的方法 ［J］．煤 矿机械，2007， 11 161． ［ 4］郑天刚．综采工作面重型刮板输送机中部槽的设计 ［J］ ． 科技信息，2010， 3 110 ～111． 责任编辑赵巧芝 021 装备技术煤炭工程2012 年第 10 期