综采工作面重型刮板输送机中部槽的设计.pdf

科技信息SCIENCE TECHNOLOGY INATION2010 年第 3 期 0引言 随着我国长壁综采工作面装备向大生产能力大、机电一体化和安 全可靠的方向发展及对工作面刮板输送机要求的提高，我国自行研制 的满足一井一面或一矿一面的大规格工作面刮板输送机已不能满足 煤炭企业集约化生产的要求，为此我们开发设计了SGZ1000/3700型 刮板输送机，根据总体设计，该机装机功率为3700kW，采用φ48152 扁平链，链速1.41m/s,设计长度300m,小时运量3500t。 中部槽是工作 面刮板输送机的易损件,在井下恶劣的工作环境中,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,还要清理 工作面浮煤，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。 该机中部槽设计过煤量为 1000万吨,槽间连接强度3600千牛，槽宽可根据生产要求选用1米或 1.2米。 为保证上述要求,不仅需要合理确定中部槽断面尺寸和槽间连 接型式,还应正确选取各零件材质以及采取必要的工艺保证措施。 1中部槽结构尺寸的确定 1.1中部槽长度l以及允许的水平弯曲角度α和垂直弯曲角度γ的 确定 这是由综采配套所决定的刮板输送机的三个参数。该刮板输送机 用于中厚煤层以上的开采运输,鉴于稳定性等原因,与之相配套的液压 支架宽度通常为1750mm,故该机中部槽的长度l也应为1750mm。 与 之配套的采煤机采用销排式齿轨牵引,为保证采煤机在弯曲铺设且弯 曲状况不断变化的工作面刮板输送机中部槽上可靠运行,采煤机要求 销排轨间水平转角不大于1.2度,垂直转角不大于3.5度,而采煤机销 轨安装在输送机中部槽上，故中部槽水平弯曲角度α应在1.2度以内, 垂直弯曲角度γ应在3.5度以内。对中部槽来说,水平弯曲角度α和垂 直弯曲角度γ越小越好,这样可以降低由刮板链在槽内通行对其造成 的磨损，但从刮板输送机可弯曲性要求来说,水平弯曲角度α和垂直 弯曲角度γ越小,将分别导致工作面刮板输送机弯曲段长度越长，进 而降低采煤机开切口作业效率和影响中部槽对工作面底板起伏变化 的适应性。 中部槽长度l和水平弯曲角度α都参与输送机弯曲段长度 LKP的计算，如图1所示。a为中部槽推移步距。 图1中部槽水平弯曲段长度 弯曲段曲率半径 R＝ l 2sinα 2 1） 弯曲段长度 Lkp＝4aR－a 2 姨2 由式（1）、（2）可知，在确定的中部槽长度l 和中部槽推移步距a 的情况下，随α减小，则弯曲段曲率半径和弯曲段长度Lkp随之增大。 所以必须选择合适的水平弯曲角度α和垂直弯曲角度γ，既要保证采 煤机可以顺利通过弯曲段，又不使水平弯曲段长度过长而影响采煤机 割煤效率。 1.2中部槽高度h和宽度b的确定 中部槽高度h主要取决于其上下槽容纳刮板链的空间分配以及 各受力、受磨损部位的强度、抗磨寿命要求，同时在总体配套中还应考 虑满足采煤机切割卧底量的要求。为保证过煤量1000万吨的要求，中 部槽中板采用40mm厚的高强度耐磨板，槽帮为铸造槽帮，其上下缘 受磨损部位不小于30mm， 由于中部槽封底并采用φ48152扁平链， 则下槽高度应比刮板链至少高15mm，以减小下链运行阻力。 同时考 虑到抗拉强度达3600kN的连接哑铃座所需空间，中部槽高度确定为 352mm。 中部槽宽度b主要决定于刮板输送机输送能力（过煤断面）、中部 槽抗推移的刚度及液压支架空顶距要求等因素。该机中部槽采用封底 结构，铸造槽帮、中板及封底板组焊成坚实的框架结构，具有足够的抗 推移的刚度，支架空顶距要求已在总体配套中有所考虑，故中部槽宽 度b就只决定于中部槽过煤断面F。 过煤断面F QS 3600Vγψ 0.87m 2 式中 QS刮板机输送能力，t/h ；取 3500t/h； V刮板链速，m/s ；取 1.41m/s； γ松散煤密度，t/m 3 ；0.88t/m 3 ； ψ输送机溜槽装满系数，取0.9。 由此可知，在满足小时输送能力3500t/h、链速1.41m/s的条件下， 中部槽过煤断面F应≥0.87m 2 。 根据该中部槽运输中形成的可运走的 装煤高度900mm,可知中部槽宽度应≥967mm,故取槽宽为1000mm.当 槽宽为1000mm时，可运走的装煤高为870mm，满足运输机输送能力 的要求。 中部槽的断面图如图2所示。 图2中部槽断面图 综合考虑煤层赋存状况和可能的综采配套设备，该刮板输送机用 于综采工作面的典型配套断面如图3所示。 1JOY 6LS5型采煤机2刮板输送机 3DBT2550/5500 2x4319-1750液压支架 图3典型配套截面图 综采工作面重型刮板输送机中部槽的设计 郑天刚 （神华宁煤集团建井工程处宁夏银川751400） 【摘 要】简述了综采工作面重型刮板输送机对中部槽的可靠性要求。 以SGZ1000/3x700型工作面刮板输送机中部槽为例，详细介绍了中 部槽的设计原理。在此基础上，综合分析了中部槽的结构特点及材质选用时应注意的问题，最终为我国综采工作面重型刮板输送机中部槽的开 发设计提供参考。 【关键词】刮板输送机；中部槽；高可靠性 ○机械与电子○ 110 科技信息2010 年第 3 期SCIENCE TECHNOLOGY INATION 1.3中部槽水平弯曲角度α和垂直弯曲角度γ的验证 中部槽宽度b和高度h按上述要求确定后，尚需验证在此结构尺 寸下中部槽水平弯曲角度α和垂直弯曲角度γ是否满足设计规定值 的要求，即α≤1.2,γ≤3.5。 由于工作面刮板输送机两中部槽之间能在限定范围内沿水平和 垂直方向相对回转，才使工作面刮板输机具有可弯曲性成为煤矿井下 长壁工作面不可取代的运输设备。 当然，两中部槽之间可相对回转弯 曲的角度必须限定在相关的作业机械、尤其是采煤机所规定的范围内 才能保证综采正常进行。经强度校核，该机中部槽采用哑铃连接。如图 4所示，两相邻中部槽间在正常对接而无相对回转弯曲情况下，哑铃 承载双翼间的距离l1与槽帮两哑铃座之间的距离l2之差大于零即 △l（l1－l2）＞0是构成两槽间可水平、 垂直相对回转弯曲的必需条件。 至于可回转弯曲角度的大小， 那就要取决于该差值△l与回转支撑点 的距离。 设水平回转角度为α,哑铃中心至水平回转支撑点的距离为K,如 图5所示,则得 图4哑铃连接图图5回转示意图 两槽间水平回弯曲角ααarctg△l K 3） 根据哑铃至两槽相应的相对回转弯曲支撑点的距离和△l就可由 式3求得相邻中部槽向煤壁侧转角α1和向老塘侧转角α2。 中部槽向煤壁侧水平转角 α1arctg△l12 K1 0.7，如图6所示。 式中 △l1挡板槽帮侧可拉开间隙，12mm； K1哑铃至回转支撑点的距离，1140mm； 图6向煤壁侧最大转角 中部槽向老塘侧水平转角 α2arctg△l2-2 K1 1.2，如图7所示。 式中△l2铲板槽帮侧可拉开间隙，26mm； 图7向老塘侧最大转角 这里，向煤壁侧水平转角α1小于向老塘侧水平转角α2，主要考虑 便于刮板机中部槽随着采煤机运行而逐节向煤壁方向推移，同时利于 保证刮板输送机沿水平方向保持直线铺设。 对于两中部槽向垂直方向回转弯曲来说，回转支撑点发生在槽帮 的上下缘外侧，如图8 、图 9所示，故哑铃至回转支撑点的距离K发生 了变化，此时，中部槽向下垂直转角 图8中部槽向下垂直转角图9中部槽向上垂直转角 γ1arctg△l1 K2 3.486，如图8所示。 式中K2哑铃至回转支撑点距离，197mm； 中部槽向上垂直转角 γ2arctg△l1 K3 3.35，如图9所示。 式中 K3哑铃至回转支撑点距离，205mm； 2结构特点与材质 综采工作面刮板输送机中部槽由挡板槽帮、铲板槽帮与中板组焊 成的基本链道构架上加焊封底板和左右轨座等组成。 挡板槽帮、铲板 槽帮与中板、封底板构成刮板链的运行通道，决定着中部槽的使用寿 命，槽帮两端的连接形式和强度决定了相邻中部槽间的可弯曲性能和 保证连接的可靠性。 同时铲板槽帮的铲板、左右轨座和安装于轨座上 的采煤机牵引销排轨一起，构成采煤机割煤运行的轨道和支撑。 挡板 槽帮通过其耳板与液压支架相连接，得以实现推溜、拉架等综采循环 作业。 由此可以看出，正是工作面刮板输送机把采煤机和液压支架有 机地连接在一起，才得以实现综采工作面循环作业。 它须经受推、拉、 压弯等各种负荷和长时磨损，其作业条件十分复杂和恶劣，因此中部 槽的结构、零部件选材始终是工作面刮板输送机首先要解决的问题。 2.1为了保证中部槽具有足够的强度和刚度， 中部槽采用铸造焊接 封底式结构。 挡板槽帮和铲板槽帮整体铸造。 中板为100公斤级厚 40mm的耐磨板；封底板为70～80公斤级厚30mm的耐磨板；铸造槽帮 材质强度达670～740N/mm 2 ，硬度达HB260以上，调质处理。 中板、槽 帮与封底板采用相应材质的焊丝经所要求的气体保护焊接组成框架 结构。 当然，焊接前应喷砂除锈，焊接部位应预热100～150℃。 2．2中部槽每隔6节标准槽设有一节带检查门的观察槽， 观察槽采 用中板抽拉结构，结构简单可靠，可避免因天窗板固定不牢固而造成 刮板链刮卡事故，且可以根据实际工况双向抽拉，操作简便，维护时， 工人可完全接近底部链道； 2．3中部槽间采用高强度锻造哑铃联接， 哑铃座和哑铃设计采用三 维建模并通过有限元分析计算，保证哑铃座强度高于哑铃强度； 2．4鉴于综采工作面三机（刮板输送机、采煤机与液压支架）配套作 业方式， 为利于刮板输送机随采煤机割煤运行而逐节向煤壁推移，同 时保证工作面刮板输送机保持直线铺设，设计中对挡、铲板侧槽帮长 度及两个方向的水平弯曲角度作了不同的规定； 2．5本着刮板链与采煤机各行其道的原则，机头、尾各设计有3节变 线槽，既降低了机头尾过渡槽中板升角，又保证采煤机在机头、尾处正 常割煤和卧底； 2．6为保证采煤机能正常跨越呈垂直弯曲状铺设于工作面底板上的 中部槽，中部槽左右销排轨座（俗称元宝座）上的长孔均设计成向各自 外侧偏移，以便弥补因中部槽垂直弯曲铺设因在销排轨座连接孔处造 成的误差。 3结语 中部槽设计是综采工作面刮板输送机尤其是诸如SGZ1000/ 3*700型用于集约化生产工作面的工作面刮板输送机设计中的重要 环节。设计中除正确选材以满足高强度、高耐磨性的要求外，结构尺寸 的设计也是保证工作面刮板输送机满足综采配套要求、按预定强度寿 命指标可靠运行的重要条件，为此，本文从结构尺寸设计及主要件材 质的选择做了论述，不当之处可以相酌。 【参考文献】 ［1］李克光，高霞，郅强.刮板输送机总体配套设计[J].煤矿机械,2009（1）． ［2］朱秀梅.刮板输送机关键零部件的强度分析及研究[D].辽宁工程技术大学， 2006． ［3］徐广明，杨伟红.刮板输送机运行阻力分析[J].煤矿机械,2009（1）． 作者简介郑天刚（1967），男，宁夏中卫人，大专，助理工程师，现任神华 宁煤集团建井工程处动力部部长、机电副总。 ［责任编辑田方义］ 科 ● ○机械与电子○ 111