毕业设计（论文）-刮板输送机设计.doc

中国矿业大学2011届本科生毕业设计（论文）第 79 页 1 绪 论1.1课题来源与背景刮板输送机作为煤炭运输的主要运输设备，在煤炭生产中起着非常重要的作用。目前，我国刮板输送机的总体设计、制造水平已接近国外同类机型，但与国外相比仍有不少差距。对此，加快研制高可靠性的超重型大功率刮板输送机刻不容缓。二十世纪80年代中期以来，世界各先进采煤国家竞相致力于工作面刮板输送机整机性能的完善和元部件可靠性的提高，成功的研制了各种大运量、高强度、高可靠性、长寿命的工作面刮板运输机和配套运输巷自移转载机，促进了高产高效、强化集中生产工作面作业的形成，使工作面日产煤愈万吨，综采效率、安全水平迅速提高。我国现已成为世界上年煤量最高的国家，本世纪初期已建成100个高产高效矿井，面临着加速发展机械化，增加产量，提高效率，改善安全和建设现代化矿井的历史任务。我们国家的煤矿机械研究、设计与生产部门，认真借鉴、吸收国外先进技术和管理经验，已设计制造出适合我国国情的新一代能力大、性能好、寿命长的重型刮板输送机。国内研制的日产煤7000t综采工作面成套设备已通过工业性实验和技术鉴定，日产万吨的综采成套设备正在研制中。 随着当今世界综采技术的发展和设计思路的不断创新、高产高效工作面的相继投产，大功率刮板输送机的研制与开发已势在必行，要加强计算机辅助设计 、模拟工况、仿真等技术的应用。对此，应该抓紧机遇，一方面提高现有机型的可靠性、安全性，降低事故发生率；另一方面要研制开发国产大功率刮板输送机。尽快投入市场，提高与国外同类产品的竞争力，以适应我国煤炭工业迅猛发展的需要。1.2刮板输送机简介1.2.1刮板输送机概述刮板输送机是一种以挠性体为牵引机构的连续输送机械，是为采煤工作面和采区巷道运煤布置机械，是目前长壁式采煤工作面唯一的运输设备。可用于水平运输，亦可用于倾斜运输。沿倾斜向上运输时，煤层倾角不得超过25，向下运输时，倾角不得超过20，当煤层倾角较大时，应安装防滑装置。可弯曲刮板输送机允许在水平和垂直方向作24的弯曲。如图1.1 图1.11.2.2刮板输送机组成部分刮板输送机主要是由机头部（包括机头架、电动机、液力耦合器、减速器、链轮组件等）、机尾部、中间部分（包括溜槽、过度溜槽、刮板链组件等）和附属装置（包括紧连装置、铲煤板、挡煤板、电缆槽等）组成，如图1.2所示。图1.2 SGZ1250/2000型刮板输送机示意图1减速器；2液力耦合器；3电动机；4过度溜槽；5中部槽；6无链牵引齿条；7销排轨座；8可伸缩机尾架；9链轮组件；10液压缸；11刮板链；12侧卸式机头1.2.3 刮板输送机的分类 国内外生产和使用的刮板输送机的类型很多，其分类方法各有不同。按溜槽的布置方式分，有重叠式和并列式；按溜槽结构分，有敞底式和封底式；按牵引链结构分，有片式套筒链、可拆模锻链和焊接圆环链；按链条数目分，有单连、双边链、双中链和三链；按传动装置布置分，有并列式、垂直式和复合式；按电机的功率分，有轻型、中型和重型等。1.3国内外刮板运输机发展情况1.3.1国外刮板运输机发展情况1)先进产煤国家刮板输送机发展重点与主要代表机型以及技术指标自世界第一台刮板输送机诞生依赖，经历了半个多世纪的不断研制、试验、改进，刮板输送机已成为煤矿运输的主要设备。目前世界上生产刮板输送机的国家主要有德国、美国、英国、澳大利亚、日本等，机型从轻型、中型到重型、超重型，装机功率已达到3750KW。保护形式有：弹性联轴器、限距型液力耦合器、双速电机、调速型液力耦合器、软启动（CST可传动控制装置、阀控调速型液力耦合器、交流电机变频调速技术三种软启动装置) 等等。二十世纪80年代中期以来，世界各先进采煤国家竞相致力于工作面刮板输送机整机性能的完善和元部件可靠性的提高，成功的研制了各种大运量、高强度、高可靠性、长寿命的工作面刮板运输机和配套运输巷自移转载机，促进了高产高效、强化集中生产工作面作业的形成，使工作面日产煤愈万吨，综采效率、安全水平迅速提高。在不断提高工作面单产和效率的总要求下，二十世纪80年代初期，主要是对工作面刮板输送机的结构进行改进。如采用双心链、侧卸机头、封底溜槽和双速电动机，增大溜槽、牵引链条等组件的强度以及传动功率等都有效地提高了刮板输送机的运输能力和可靠性。二十世纪80年代后期以来，工作面刮板输送机技术发展可概括为“三大（大运量、大运距、大功率）、二重（重型溜槽、重型链条）、一新（自动监测等新技术）”。以德国DBT公司制造的MTA4231000型软起动刮板输送机为例，其装机容量为3750KW，双中心链242/46mm，溜槽为轧焊结构，溜槽高355mm，内宽1200mm，溜槽间联接件为哑铃销，联接强度达到400t以上，运输能力可达4500t/h，在美国科罗拉多州塞浦露斯20英里矿与朗艾道公司制造的EL3000型安德森电牵引采煤机配合，于1997年6月创造月产990361t洁净煤的世界纪录。进入二十世纪80年代以后，国外先进产煤国工作面刮板输送机技术发展已达到的主要性能指标有大运量、长运距、大功率、长寿命与高可靠等技术指标。大运量:二十世纪70年代末，工作面刮板输送机运量能力一般小于1000t/h；80年代中期达到2000t/h；80年代末90年代初期已达到25003500t/h，目前已出现运量4000t/h以上的重型刮板输送机。相应的溜槽宽度从730764mm增大到9801100以上，连速从1m/s左右提高到1.31.4m/s以上，最高链速已达到1.78m/s。长运距:二十世纪70年代末，一般工作面刮板输送机的长度不超过200m（只有德国在1979年平均长度达到223m）；80年代逐步增长到250m左右，1987年德国采煤工作面刮板输送机平均长度为244m。目前美、英、德国等先进采煤国均已有超过300m长的采煤工作面和刮板输送机，最长的工作面刮板输送机已达到380m。链条布置形式也相应地从双边链和单边链过渡到以双中链为主，链子直径从2630mm增大到3442mm，目前已出现4652mm的链子。国外专家研究分析认为，从设备投资、运营成本、掘进通风、维修搬家等因素综合考虑，工作面以及刮板输送机的长度在250m左右时，技术经济指标最为合理。大功率:二十世纪70年代末期，刮板输送机驱动电机单台功率Nd200KW，最大装机功率为2200KW，80年代初期装机功率为（23）（250315）KW。目前实际运行的刮板输送机单台电动机最大功率已达到或超过700KW，减速器传动比i=1：40.相应地，对于功率大于250300KW电动机的供电电压也从1000V左右升高到2300V、3300V、4160V或5000V.长寿命与高可靠性:二十世纪70年代末期，刮板输送机过煤量约为100万吨，80年代初期过煤量约为200万吨。目前重型刮板输送机整机（大修周期）过煤量已达到400600万吨（相当于运行34年）；组件工作寿命，300mm以上链条为200300万吨（相当于运行12年），链轮为100150万吨（相当于运行约为1年左右），减速器设计寿命约为1250015000h，接链环的疲劳寿命已达到70000次以上。 其他如美国的艾朗道公司、久益公司、德国的哈尔巴赫布朗公司和DBT公司等，都在二十世纪80年代至90年代推出了新型强力工作面刮板输送机。2)先进产煤国家刮板输送机元部件新结构与新技术 重型铸焊或新型轧焊溜槽二十世纪80年代以来，国外先进产煤国家重型刮板输送机溜槽普遍采用铸焊或新型轧焊结构。铸焊溜槽将煤壁侧槽帮与铲板、采空侧槽帮与挡板煤板托架（包括推移耳板）铸成一体，同时将槽间联接哑铃插头和座窝以及与挡煤板联接螺栓的座孔等都靠精密铸造而成，然后在焊接耐磨中板和封底版，形成整体溜槽。轧焊溜槽以单独轧制的上、下厚槽帮钢与耐磨后中板、底板焊接而成。 大尺寸高强度链条组件二十世纪80年代以来，国外先进产煤国家重型刮板输送机链条组件技术发展重点是提高抗拉强度、抗冲击韧性和疲劳强度。双中链发展较快，已成为重型刮板输送机链条布置基本型式。因为双中链可以采用大尺寸连环，二不受槽帮链道限制，受力较双边均匀，强度较大，英国实验用相同直径链子组成的双边链条组件，叫双边链强度高10%以上。1978年怀威贝克（Wheway Becker）公司研制成功扁圆链（Ovalink chain），这种链子用扁圆钢棒料编焊而成。节距以及外形尺寸 相当于22mm的扁圆链，其强度性能相当于26mm的圆环链。著名的帕森斯（Parsons）链条公司不甘落后，随即推出功能相似的紧凑链（Compact chain），其特点是平链环仍用常规的圆钢弯制对焊，而立链环则合金钢造成高度较低扁圆链环。此外，德国还研制了平链环改用锻造成型的平肩长方形链环，而立链仍用常规圆钢弯制对焊而成的新型链条。 新型传动装置为了适应采煤工作面长度增加和运量增大，需要发展大功率、具有良好的起动特性和过载保护功能的电动机、减速器等传动装置。双速变级电动机是近年来国外先进产煤国家重型刮板输送机基本驱动设备。一般多采用双绕组4/8极和4/12极，外壳水冷，法兰联接（IEC同功率标准机座和出轴联接尺寸，仅机长略有增加）。双速电动机最大功率已达到7001000KW，为了改善刮板输送机重载起动性能，采用多极对数绕组通电低速起动，以限制起动电流，提高起动扭矩，延长起动时间，减小动应力，实现软起动。减速器的发展方向是功率大、体积小、重量轻、寿命长。英国、德国、法国均造有最大输出转矩达到250335KN.m（在速比i=40：1时，传动功率达到525KW）的重型减速器，其齿轮、轴承等传动件设计寿命高到1250015000h。德国艾柯夫公司和DTB公司等设计制造的JPL-15型和25型平行轴行星轮减速器，速比达到16：165：1。另一种新型传动耦合装置称为多用控制驱动装置（UCD），是将液力变矩器和多片摩擦离合器组合在一起并加装液压控制伺服阀组等。英国FSW公司研制的UGD-200型多用控制装置可装载重型刮板输送机电动机与减速器之间的高速轴上。此外，德国还推出液压马达辅助驱动装置，即在行星齿轮减速器内齿圈的外周切出外齿轮，除用电动机驱动减速器输入轴外，并用液压马达辅助驱动与内齿圈，这样内齿圈与行星齿轮相互周转，形成行星轮托架及输出轴低速转动，起动工作机构。 机头、机尾装置的改进二十世纪以来，国外先进产煤国家发展交叉侧卸，降低高度提高机架与链轮的强度和寿命。侧卸机头已成为高产高效综合机械化采煤工作面刮板输送机的基本形式，因为侧卸可以提高运输能力，可以消除很多块煤卸载中的障碍。英国道梯麦柯公司制造的运量2500t/h，电动机功率为525KW的刮板输送机交叉侧卸机头。德国DBT公司制造的34mm双中链刮板输送机侧卸机头高达1.1m。机尾高度关系到采煤在工作面端开切口及卧底问题，也需尽量降低。美国朗艾道公司生产了矮机尾的刮板输送机。 90转弯刮板输送机90转弯刮板输送机最早由联邦德国哈尔巴赫布朗公司在二十世纪70年代中期研制成功。以后克罗克纳背靠瑞特公司和威斯特费利亚公司也研制了曲线转盘刮板输送机。80年代中期，克罗克纳背靠瑞特公司改进成功背链（Harness chain）式双中链曲线转盘刮板输送机，以后逐步一、提高其元部件的可靠性和使用寿命，扩大了它的适用范围。目前英国（Wulter公司）、美国（Jeffery公司）也开始制造这种机型刮板输送机，并在一些矿井的短工作面试用。1.3.2我国刮板输送机的发展情况1)我国刮板输送机技术发展的简况我国的综采工作面刮板输送机，自上世纪70年代中期开发以来，已经取得了长足的进步。尤其是上个世纪九十年代后，在新技术革命的带动下，煤矿开采 技术 LJ设备迅速发展，为适应市场需要,国内煤机制 造厂家、煤矿生产企业和科研院所积极合作，通过借 鉴和吸收国外先进的产品结构和工艺手段，应机 电 一体化和自动化技术，开发新材料、新产品，研制、开发了高生产能力，高性能的工作面刮板输送设备并逐渐形成了多系列，多结构类型的刮板输送机产品。实现了矿井高产高效和集约化生产。为综采机械化水平的提高和经济效益的增长发挥了很大的作用。国现已成为世界上年煤量最高的国家，本世纪初期已建成100个高产高效矿井，面临着加速发展机械化，增加产量，提高效率，改善安全和建设现代化矿井的历史任务。我们国家的煤矿机械研究、设计与生产部门，认真借鉴、吸收国外先进技术和管理经验，已设计制造出适合我国国情的新一代能力大、性能好、寿命长的重型刮板输送机。国内研制的日产煤7000t综采工作面成套设备已通过工业性实验和技术鉴定，日产万吨的综采成套设备正在研制中。我国刮板输送机技术在国内发展大致经历了四个阶段：第一阶段在二十世纪30-40年代，是可拆卸的刮板输送机，该刮板输送机在工作面内只能直线铺设，随工作面的推进，需人工拆卸、搬移、组装。刮板链是板式，多为单链，如V型、SGD-11型、SGD-20型等小功率轻型刮板输送机。第二阶段是自二十世纪40年代后期到60年代初期，由德国最先制造的可弯曲刮板输送机，它与采煤机、金属支架配合实现了机械化采煤。这种刮板输送机可以满足底板凹凸不平和水平弯曲等非直线条件，移动设备时不需拆卸，并且运煤量也有所增大，如当时的型号SGW-44型刮板输送机就是这个阶段的代表产品。第三阶段是自进入60年代，由于液压支架的出现，为了适应市场的需要，刮板输送机发展到了一个较为成熟的阶段，研制出大功率可弯曲重型刮板输送机，如SGD-630/75型、SGD-630/180型等就是属于这个阶段的代表产品。第四阶段是自二十世纪70年中期以来，我国采煤工作面刮板输送机以及运输巷转载机引进外国143套综采设备，10多年间，基本上还停留在消化、仿制与巩固阶段，总体技术水平还处于国外先进产煤国家二十世纪70年代中期的水平。工作面刮板输送机输送能力一般为600800t/h，运距为160180m，安装功率为2（132200）KW，中部溜槽过煤量仅为100万吨左右。工作面刮板输送机事故约占综采三机事故率的40%。国内虽然在“七五”期间开发研制了SGZ830/500型刮板输送机（输送能力为1000t/h）及配套运输巷转载机、破碎机，技术水平仍然相当于国外先进产煤国家二十世纪80年代初期高产高效采煤综合机械化生产的发展。90年代以来，煤炭工业部组织实施了研制开发日产7000t高产高效采煤综合机械化成套设备攻关项目，由煤炭科学研究总院山西太原分院设计，西北煤矿机械一厂试制成功SGZ880/2400型中双链交叉侧卸重叠封底溜槽刮板输送机，张家口煤矿机械厂也研制了SGZ880/800（750）重型刮板输送机，为我国高产高效采煤综合机械化、采煤工艺与技术跨上新的台阶，进而实现日产万吨工作面，缩短与国外先进产煤国家水平的差距，为逐步实现高产高效综合成套设备国产化积累了经验，创造了条件。SGZ880/2400这种重型刮板输送机是我国煤炭工业“八五”期间重点攻关项目“日产7000t高产高效综合机械化采煤工作面成套设备以及工艺”的关键设备之一，与MG2400型双滚筒采煤机、ZZ4400/17/35型液压支架相配套，可完成每小时运量1500t，日产7000t原煤的采运任务；并有能力裕量，在适当的条件下，可完成日产万吨运煤任务。SGZ880/2400这种重型刮板输送机，由中国煤炭科学研究院山西太原分院设计，西北煤矿机械一厂制造，铁法矿务局晓南煤矿承担井下试验。这是我国第一部按高产高效综采面要求，自行研制的高可靠性、大运量重型刮板输送机。它综合了交叉侧卸机头、铸焊结合封底溜槽、整体铸造高强度哑铃联接器座、行星轮减速器以及柔性调节短溜槽等90年代初世界上先进产煤国家高产高效综采工作面刮板输送机所具备的多项新技术，为高产高效采煤、可靠运输和快速推进提供了综采工作面作业条件，并首次开发研制了带有侧面观察空的封底开天窗中部溜槽、框架式过渡槽、可更换机头活动板，以及机头过度槽宽哑铃单铰接等新型结构和元部件。2)我国刮板输送机与国外先进产煤国家的差距多年来，经过煤矿生产、制造企业的不断努力，我国的刮板输送机形成了多结构、多系列的产品规模，在产品结构和系列方面基本与国外输送机相同，但与国外先进水平相比，仍存在着很大的差距。近十年来，国外制造厂家，为适应国际市场需要，不断加大输送机的功率、采用新结构、新工艺，开发高强度、高耐磨性能的新材料，使产品不断更新，技术性能日趋完善，可靠性不断提高，寿命大幅度增加。而我国生产的工作面刮板输送机整机性能相对比较差，一些关键零部件的寿命、可靠性相对较低，监测、控制方面相对比较弱，具体有以下方面。(1) 输送能力方面的差距二十世纪世纪9 0 年代后期，国外工作面刮板输送机装机功率达到3750kW或 3855kW，溜槽内宽也由1O00mm扩大到1250mm，链条直径4652mm ，中板厚度45mm以上，运输能力达到4500t/h以上。目前国内使用的重型刮板输送机装机功率多为 2525kW或2700kW，个别的使用2855kW溜槽内宽lO00mm或1200mm，运输能力达到2500t/h或3000t/h，链条多采用3848mm，中板厚度为45mm。(2) 关键零部件寿命差距我国生产的刮板输送机的主要零部件寿命大都低于国外先进产煤国家水平，其中关键零部件，如圆环链和中部槽。有资料表明：国外大于34mm的圆环链过煤量在20000万吨，国内同规格的圆环链过煤量100万吨左右。而且国外规格为42mm圆环链过煤量可达 400500万吨 ，国外重型刮板输送机中部槽过煤量保证值为600万吨，最高寿命可达1200万吨 ，而国产中部槽过煤量只有400500 万吨。造成这种寿命差距的主要原因是国内没有研制、开发出生产这些关键零部件的材料，国内重型刮板输送机中部槽用的中板、链条等关键材料都是依靠进口，这样造成国内生产的产品总是滞后于国外产品。(3) 技术性能差距二十世纪末期以来，美、澳、英、德等先进采煤国家积极应用机电一体化技术，研制、开发新型自动化运输设备，这些设备采用计算机工况监测监控，在增加传动功率，提高生产能力的同时，使设备的功能内涵发生了重大突破。经过十多年的努力，已经研制出限矩摩擦离合器作为输送机启动或运行时的过载保护，利用调速偶合器实现输送机的软启动和过载保护，通过链条张力自动调节装置来实现刮板链随运行工况的变化以调节链条的张紧力。通过工况监测和故障诊断系统，及时了解设备运行的工况，保证设备的安全运行。 国内的轻型、中型刮板输送机多采用液力偶合器或双速电机来改善输送机的动性能，重型刮板输送机采用限矩摩擦离合器保护电机，虽然在个别输送机上用了调速偶合器和自动伸缩机尾，可是由于不能准确的对输送机运行过程中的数据进行采集、分析，这些设备还不能达到自动控制的要求。1.4我国未来刮板输送机技术改进方向综合国内外刮板输送机的现状，我国未来刮板输送机技术将会朝着技术先进性、设备重型化、设备智能化、设备自动化、设备安全性、开发薄煤层开采设备、性能可靠性、机电液一体化等方向改进。1)技术先进性随着科学技术的进步和市场的发展，输送机的国际竞争将越来越激烈，对输送机的设计水平和生产能力要求也越来越高，不仅要求造型科学、配套合理在技术上不断创新、完善，去适应不断变化着的使用条件，而且关键部件(如刮板链、减速器、保护装置等的设计或选用，要求与国际接轨，实现标准化。2)设备重型化设备重型化是煤炭集约化生产、高强度开采、单机单产不断提高的要求，也是提高劳动生产率、节约投资、降低生产成本的重要途径。重型化集中表现为生产能力大，装机功率不断增大，重量大，电压高。未来几年，国内 “ 一矿一面、一个采区、一条生产线”的矿区将逐渐增多，工作面长度300m左右。这些工作面可将实现日产12万吨，年产5lO万吨，这样就需要刮板输 送机装机功率 18502500kW，输送能力高达3000t/h。3)设备智能化设备智能化是通过一些监测和监控装置，对刮板输送机运行过程监控，实现工况检测和故障诊断。例如：通过对输送机电机电压、电流、功率及温升等监测以监视多电机驱动时电动功率分配及供 电系统的工况。通过对减速器油质、油位、温升、链轮轴组、刮板链 的运行等进行过程控制，并对运行状况进行预测，使设备维修可以从事前进行计划，提出故障维修方法和处理方案，使排除故障的时间尽可能的减少。4)设备自动化设备自动化是提高劳动生产率、减轻劳动强度、保障安全的重要手段。刮板输送机的自动化主要是根据刮板输送机启动、运行中的负载状况、各关键零部件运行时温度状况、采煤机的截割速度、采煤机的位置等随时调整输送机的运行参数，实现自我控制，保证设备的安全、可靠运行，以更好的发挥设备的效率。当自动控制发展相对成熟后，最终会实现采煤机、液压支架、刮板输送机的联动作业，从而实现工作面自动化。5)开发薄煤层开采设备据统计资料表明，国内薄和较薄煤层产量在整个煤炭产量中所占比重始终偏低，特别是近年来薄及较薄煤层的产量更是呈逐年下降的趋势。通过对国内煤炭生产企业的调查发现，国内绝大多数矿区受经济驱使采厚丢薄现象十分普遍，受此影响，薄煤层综采设备的发缓慢。特别是厚度底于1.3米的极薄煤层，大多数都被丢弃。造成煤炭资源的极大浪费。造成这种状况的原因除经济利益外，同时也由于现有的国产技术装备无法满足极薄煤层高效开采需要。而目前国内特别是老矿区的薄与极薄煤层所占的比例越来越多。因此，为避免资源浪费，实现资源均衡开采，设计出结构满足极薄煤层采煤工艺要求的高产高效高可靠性的工作面刮板输送机备将越来越成为各矿局迫切的需求。而传统的刮板输送机多采用铸焊结构的中部槽，在应用到极薄煤层工作面时，结构型式都存在着中部槽高，占用空间大；，齿轨 ( 销排)与采煤机配套结构及定位方式的限制的不足。6)设备安全性安全性是至关重 要的环节，是所有设备必须具备的性能，同样也贯穿在输送机的设计、制造、使用过程中。目前国家高度重视煤矿安全生产。除了引起煤矿井下事 故的瓦斯爆炸、透水、冒顶等之外，设备事故也会引起人员伤亡和财产损失。因此，刮板输送机各部件的防护装置应设计合理、安装完备，在易发生事故的部位尤其要加强防护，防止因断链、飞溅、高温等引发人员 伤亡事故。7)性能可靠性设备的可靠性是进行高效作业的根本保证，井下受场地、灯光等条件的限制，维修条件较差。有些高瓦斯矿井基本不具备现场维修的条件，一旦出现故障就会严重影响安全生产。因此，刮板输送机各部分的结构型式、传动方式、使用材料等，不仅要求设计合理，还要建立在实践验证的基础上。8)机电液一体化随着实用型新技术的发展，大功率输送机控制系统与保护装置的机电液一体化趋势越来越明显。主要表现为：机头部与机尾部功率分配、顺序启动，电机保护除过流保护、过热保护外。增加过压保护，阀控充液型液力耦合器的推广使用。链条张力监控及工况检测和故障诊断等。虽然还有部分技 术的实现与应用尚需时日，但输送机机电液一体化的发展趋势不会变。此外，随着当今世界综采技术的发展和设计思路的不断创新、高产高效工作面的相继投产，大功率刮板输送机的研制与开发已势在必行，要加强计算机辅助设计 、模拟工况、仿真等技术的应用。对此，应该抓紧机遇。一方面提高现有机型的可靠性、安全性，降低事故发生率；另一方面要研制开发国产大功率刮板输送 机。尽快投入市场，提高与国外同类产品的竞争力，以适应我国煤炭工业迅猛发展的需要。2 刮板输送机的工作原理及组成部分2.1刮板输送机的工作原理 刮板输送机的工作原理是，将敞开的上溜槽，作为煤炭、矸石或物料等的承受件，将刮板固定在链条上（组成刮板链），绕过机头的链轮和机尾链轮而进行循环运动的无级闭合刮板链作为牵引构件如图2.1所示。当机头传动部启动后，经液力耦合器、减速器传动链轮带动机头轴上的链轮旋转，使刮板链循环运行带动物料沿着溜槽移动，直至到机头部卸载。刮板链绕过链轮作无级闭合循环运行，完成物料的输送。 图2.1 刮板输送机工作原理示意图 1机头链轮；2机尾链轮；3上、下溜槽；4刮板2.2刮板输送机的主要组成部分 不同类型的刮板输送机，尽管组成部件的形式和布置方式尽不相同，但是基本机构是相同的，即刮板输送机由机头部、机尾部、中部槽及附属部件、刮板链、紧链装置、推移装置和锚固装置等组成。1)机头部 一般形式刮板输送机的机头部主要是由机头架、链轮组件、减速器、盲轴、联轴器和电动机等组成，是将电动机的动力传递给刮板链的装置，有驱动、卸载、连接与支撑机头锚固装置和推移装置、固定采煤机械牵引链的功能。在本设计中为侧卸式刮板输送机 ，如图所示。侧卸式刮板输送机的机头部主要是由回煤罩、侧卸挡板、倾斜中板等组成。安装时机头跨越顺槽转载机延伸到下顺槽中，从机头的侧面向顺槽装载机，机头架侧面卸载处的中板向两侧倾斜，在固定的犁式卸煤板的辅助下，将大部分煤卸入转载机中。刮板链从犁式卸煤板下面带走的煤，经机头链轮卸回回煤罩内，由刮板链返程带回卸载到转载机中。为此，机头架的地板，在转载机的上面部位开有卸煤孔。图2.2 侧卸式刮板输送机的机头部示意图1电动机；2液力耦合器；3液压马达；4减速器；5机头架；6回煤罩；7犁式卸煤板；8倾斜中板 (1) 机头架 机头架是支撑和装配链轮组件、驱动装置以及其他附属装置的构件，应有足够的强度和刚度，由厚钢板焊接制成。各种型号机头架的共同点是两侧对称，可以在两侧壁上安装减速器，以适应左、右采煤工作面的需要；链轮由减速器伸出轴和盲轴支撑连接，这种连接方式便于在井下拆装；拨链器和护板固定在机头架的前横梁上，它的作用是防止刮板链在与链轮的分离点处被轮齿带动卷入链轮。护轴板是易损部位，用可拆换的活板，既便于链轮和拨链器的拆装，又可以更换。 (2) 链轮组件 链轮组件由链轮和连接筒组成。链轮是传力部件，运转中除了受静载荷外还受到有脉冲、冲击载荷等。链轮既要有较高的强度和耐磨性，又要有良好的韧性，能够承受工作中的冲击载荷。如图2.3所示，整体连接筒与链轮焊接成为一体，两端的内花键分别与减速器输出轴和盲轴相连接。这种结构拆装维修都很方便。链轮用优质钢铸造或者锻造后调质处理，链窝和齿形经淬火处理。 图2.3 链轮组件的示意图 1端盖；2轴承；3滚筒；4链轮；5挡圈； 6浮动密封圈；7链轮轴；8轴承座 3)减速器 我国目前产生的刮板输送机减速器多为平行布置式、三级传动的圆锥圆柱齿轮减速器。使用条件为：齿轮圆周速度不大于18，安装角125，高速轴的转速不大于1500，减速器工作环境温度为-20C35C，适用于正反转。为了使其在左、右采煤工作面和机头部、机尾部都能通用，刮板输送机的减速器箱体应满足上下对称。另外，为了适应不同的需求，三级传动减速器的圆锥圆柱齿轮减速器有三种装配方式，如2.4图所示，I型减速器的第二轴端装紧链装置，第四轴或第一轴装断销过载保护装置；II型减速器的第二轴装紧链装置，利用液力耦合器实现过载保护；III型减速器的第一轴装紧链装置，利用液力耦合器实现过载保护。 图2.4 减速器的装配形式 重型刮板输送机在起、制动过度过程中的动载荷以及动力响应问题逐渐突出，其牵引构件（刮板链）中的动张力与静张力以及弹性波的传播，可能导致不平稳运行，产生强烈振动和强烈磨损，从而降低工作效率和使用寿命，甚至使刮板输送机难于继续起动和正常运行。为了保证重型刮板输送机的平稳、安全、经济、高校运行，必须对其起、制动过渡过程、运行状态及性能进行合理的调节和控制，实行软特性可控起动与制动，延长起、制动时间，减小速度变化率及其引起的动载荷，改善刮板输送机的运行条件，使驱动装置、牵引机构的负载能力与强度得到充分利用，达到最佳的技术状态和经济效果，所以在本设计中采用的可控起动传输系统（CST）作为减速器（后面简称CST减速器）。如图2.5所示，该CST减速器第一级传动为圆锥齿轮传动，第二级为圆柱齿轮传动，第三级为行星轮系传动，输入轴和输出轴是垂直。在重型刮板输送机中利用CST减速器还有其他优点：能显著减少刮板输送机停机次数和停机时间，大大提高了产量和效率；极大降低刮板输送机刮板链的张力和伸长率，减少断链故障；链条和链轮寿命明显变长，经济效益显著；延长电动机的工作寿命，即减少启动次数，空载起动降低起动电流减小线圈发热与老化；多电动机驱动分别空载起动，减少电网电压及对电网的冲击等。CST减速器的运动分析和制动特性的详细介绍见第4章。 图2.5 1120KR型CST系统主机结构4)联轴器 联轴器是电动机和减速器的连接，有弹性联轴器和液力耦合器两种。由于本设计为重型刮板输送机的设计，采用液力耦合器比较好。用液力耦合器的优点：使电动机轻载起动；有过载保护功能；减缓传动系统的冲击和振动；多电动机驱动时能使各电动机的负载分配均匀。5)机尾部 机尾部分有驱动装置和无驱动装置两种。有驱动装置的机尾部，由于机尾不需要卸载高度，所以除了机头架和机尾架有所不同外，其他部件与机头部相同。无驱动装置的机尾部，机尾架只有使刮板链改向用的机尾轴部件。在本设计中SGZ1250/2000刮板输送机的机尾采用了可伸缩机尾装置，也称自动调链装置。其作用是在刮板输送机运行中手动或自动调整刮板链松紧，有利于改善刮板链工作状况，减小启动功率等，也可以整体改善刮板输送机的运行效果。如图2.6所示，可伸缩机尾的机架分为两个部分，一部分为固定机架，该机架与过度溜槽连接在一起；另一部分为滑动机架，该机架上装有驱动装置和链轮组件，借本身两侧的导轨板在固定机架的导轨槽中移动。布置在机尾两侧的张紧千斤顶，两端分别与固定机架和滑动机架连接在一起。利用液压油缸（行程500mm左右）的伸缩，使可滑动机架伸出或缩回，以达到微调刮板链张紧目的。刮板链张紧自动控制系统如图2.7所示，在刮板链与机头、机尾链轮分离后的链道下方安设张力传感器。当链条松弛或过紧时，经分析装置控制张近千斤顶的活塞杆伸出或缩回，使链条保持比较稳定的正常张力。 图2.6 可伸缩机尾简图1电动机；2液力耦合器；3液压马达；4减速器；5张紧行程；6滑动机架；7张紧千斤顶 图2.7 刮板链张紧自动控制系统1、3传感器；2张紧千斤顶6)溜槽及附件 溜槽是刮板输送机的重要组成部分，是货载和刮板链的支撑机构。刮板输送机的运输生产能力与溜槽装载断面尺寸成正比关系。在机采和综采工作面，刮板输送机的溜槽还作为采煤机的运行轨道，故要求溜槽具有一定的强度、刚度及较高的耐磨性能。溜槽有中部溜槽、调节溜槽、连接溜槽等类型。工作面刮板输送机溜槽是靠采空区侧安装挡煤板来提高装载能力；靠煤壁侧安装铲煤板来清扫机道便于刮板输送机推向煤壁。溜槽的结构类型有敞底式和封底式。敞底式溜槽结构简单，维修方便，但是由于机体支撑面小，接地比压较大，易使下槽帮下沉陷入底板，造成空回链条不能正常运行。封底式溜槽适于底板较松软的工作面，整机稳定性较好，可以减少刮板链运行阻力。在本设计中的溜槽采用的是封底式溜槽。 (1) 中部溜槽 中部溜槽是刮板输送机的机身，如图2.8所示，由槽帮钢和中板焊接而成。上槽为运物料的承载槽，下槽为封底式溜槽供刮板链返程用。由于封底式溜槽可以减小刮板链返程的运行阻力和用于松软的工作面，但是给安装和维修带来困难，因此，采用几节封底溜槽间隔一节可拆中板的检修槽的办法来减少小维修和安装困难。图2.8 封底式中部槽1槽帮钢；2支座；3耐磨板；4中板；5封底板 中部溜槽有中单链型、边双链型和中双链型三种。除用于轻型刮板输送机的中单链型采用冷压槽帮钢外，其他的槽帮钢采用热轧槽帮钢，槽帮钢一般按形状可以分为D形、M形、E形，其中D形为中单链型刮板输送机使用；E形为单中链和双链型使用，边双链型也可以使用；M形为边双链型使用。E形与M形相比，不仅因中板宽度减小而增大了刚度，同时也便于焊接，刮板链条也不磨焊缝。 (2) 调节溜槽、过度溜槽 调节溜槽与中部溜槽的结构基本相同，用来调节刮板输送机的长度，以适应工作面长度变化的需要。 过度溜槽是用于机头架和机尾架与中部溜槽的过度或链接，使机头架、机尾架和中部溜槽连为整体。 (3) 挡煤板和铲煤板 此处挡煤板和铲煤板为附件，如图2.9所示，挡煤板是一个多功能组合件，安装在工作面刮板输送机采空区侧槽帮钢的支座上，用以增加溜槽货断面，防止煤向采空区撒落；另外为采煤机导向、敷设和电缆及各种管线起保护作用，并且为推移千斤顶提供接点。铲煤板固定在中部溜槽靠煤壁侧的支座上，用于推移中部溜槽时清理工作面的浮煤。图2.9 中部槽及附件的连接1铲煤板；2槽帮钢；3耐磨板；4中部槽；5定位架；6无链牵引齿条；7挡煤板；9千斤顶连接孔；10封底板7)刮板链 刮板链是刮板输送机的牵引机构，是传递引力、直接刮运物料的组件。刮板链由刮板、牵引链和接链环组成。，目前常用的由中单链、中双链、边双莲三种。刮板的作用是刮推溜槽内物料和在槽帮钢内起导向作用，在运行时还有刮清帮、防止煤粉黏结和堵塞功能。链条在滑动摩擦条件下运行，不仅要承受很大的静载荷和动载荷，还要受到矿井水的浸湿，因此要求链条有较高的抗拉强度、抗冲击韧性、疲劳强度和防锈抗腐蚀性。目前使用的圆环链都是采用优质合金钢焊接而成，并经热处理和预拉伸处理。其形式和基本参数尺寸、及时要求、试验方法及验收规则已有同一的国家标准（127182001）。圆环链规格是以圆环链棒料直径和节距尺寸（mmmm）表示的。标准规格有1040，1450，1864，2286，2692，30108，34126，38137，42152等几种。圆环链按强度划分为B,C,D三个等级，D级强度最高，不同规格尺寸的各级强度的圆环链其破断负载荷也不相同。 对目前使用的刮板链可以进行如下比较：边双链的拉煤能力强，特别是对于大块煤多的硬煤，但是其两条链受力不均匀，特别是中部溜槽在弯曲状下运行时更为严重；中单链没有受力不均匀的情况，但是整体破断强度不高，因而限制了其在大功率刮板输送机上的应用；中双链吸收边双链与单链各自优点，既较好的解决了在弯曲受力分配不均的问题，又解决了整个链强度不高的矛盾。本设计中采用中双链，圆环链的规格为34126，如图2.10所示。图2.10 中双链式刮板链1刮板；2圆环链；3T形螺栓8)推移装置 推移装置是在采煤工作面内将刮板输送机向煤壁推移的装置。综采工作面使用液压支架上的推移液压缸。9)锚固装置锚固装置由单体液压支柱组成，锚固架与机头架连接。它是刮板输送机在倾角较大的工作面使用而有可能下滑时用于固定、防滑之用。3 刮板输送机的设计 刮板输送机的计算通常分为新机器的设计计算和安一定使用条件选用定型产品，验算是否满足要求。两者计算的内容相同，区别在于前者按通用条件，后者按具体条件计算。本设计采用新机器的设计计算，所以按通用条件计算。3.1运输能力 如图3.1所示，刮板输送机是连续是运输设备，其每一秒钟运输能力Q=qV(3.1) 式中:V刮板链运行速度，本设计中取v=1.5; q输送机上单位长度货载质量，; Q运输能力，本设计中设Q=3200。图3.1 运输能力计算示意图 每小时运输能力为 (3.2) 由3.1式，得 刮板输送机工作时，货载沿溜槽连续均匀分布，被刮板链拖带而沿溜槽移动，所以单位货载质量q与溜槽中货载断面积有关即 q=1000(3.3) 式中：刮板输送机溜槽中货载断面积，； 货载的松散密度，对于煤炭 =0.851.0，本设计中 取=0.9. 刮板输送机装运货载的最大横断面积与溜槽的结构形式及结构尺寸有关，海域松散煤的堆积角有关。考虑到上述因素，刮板输送机的每小时运输能力为Q=3600FV (3.4) 式中：F货载最大横断面积，； 货载的装满系数，一般取0.750.9，本设计中取=0.85。. 由式3.4得F=(3.5) 把已知数据代入式3.5得F=0.87（）3.2链条的选取和刮板的选取设计 根据矿用高强度圆环链127182001标准选取链条，本设计中选用圆环链的规格为34126278D,即标记为127182001 圆环链 34126278D，。该圆环链的解释如下：1)刮板选取设计 由刮板输送机通用技术条件1052006可知溜槽宽为1250m，链条规格为34126时，刮板尺寸为 刮板宽度：=1234m 刮板高度：=2001.0 刮板厚度：=400.5 即刮板型号为123420040 检验该刮板是否满足货载最大横截面的要求，如图3.2所示图3.2 溜槽中货载最大断面积 溜槽上物料断面积A： (3.6) 式中：A1、A2单侧挡板溜槽上物料断面各部分的面积，m2； A3导向管断面面积，m2； b溜槽宽度m，1.5m； 左槽帮钢上框架宽度（m），查标准得； 挡煤板底座宽度即溜槽距挡板的距离，m，查标准得 ； h0溜槽槽口高度，m，有前面可知； b0溜槽槽口宽度,m，由前面可知； h1刮板输送机工作时档煤净高，m， m； 安息角即物料的动堆积角，由机械手册中可知煤炭安 息角在3040，本设计中取=34； D导向管直径，m，由标准得0.08m； 装载系数，由前面可知=0.9。 把已知数据代入式3.6得 所以满足货载最大横断面积要求2)刮板链单位长度的质量计算 该刮板链单位长度的质量由刮板的质量和圆环链的质量组成，本设计中采用平均值表示。刮板的质量计算由刮板输送机通用技术条件1052006可知中双链刮板输送机根据链条节距和负载不同，两相邻间刮板的距离有10环、12环、14环等三种安装方式，在本设计中采用12环安装方式，所以两相邻间刮板的距离S为S=PN(3.7)式中：N相邻刮板之间的安装环数，本设计中取N=12； P圆环链的节距，由前面可知P=126mm；把已知数据代入3.7式，得S=12612=1512mm1.5m所以在长度（单程）L=300m所需要的刮板数目n为n=(3.8)式中：L刮板输送机的长度，m，本设计中取L=300m； S两相邻刮板间的距离，m，由前面可知S=1.5m。把已知数据代入3.8式，得n=每一块刮板的体积=式中：刮板宽度，m，由前面可知； 刮板的高度，m，由前面可知； 刮板厚度，m，由前面可知。把已知数据代入 式，得 =1.2340.20.04=所以刮板的总体积 =N=所以刮板的质量为(3.9)式中：刮板的密度，由密度表可查得； 刮板的体积之和，由前面可知。把已知数据代入 式，得 =圆环链的质量根据矿用高强度圆环链127182001查得该圆环链的单位长度质量，所以长度为L=300m圆环链的质量由于该刮板链采用的是双中链，即该部分的圆环链的质量有两条链组成。所以=26810=13620。.所以刮板链的单位长度的质量为=(3.10)把已知数据代入3.10式，得=3.3运行阻力的计算 刮板输送机是用于采煤工作面的运输设备，其传动功率取决于刮板输送机运行阻力的大小。刮板输送机的运行阻力由货载及刮板链在重载段上的移动阻力、倾斜运输时货载的自重分力、刮板链在回空段上移动阻力、刮板链绕过机头尾链轮链条弯曲阻力和传动装置阻力组成 。 1)刮板输送机总的运行阻力计算 刮板输送机总的运行阻力：(3