（机械设计及理论专业论文）刮板输送机接链及断链监测系统研究.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 刮板输送机接链及断链监测系统研究 摘要 刮板输送机主要用于回采工作面或顺槽等其他场所，具有机身低矮、 占空间小；可以水平、垂直弯曲；结构强度高等优点。由于其特殊的结 构和所处的恶劣工作环境，刮板输送机迄今为止仍是综采工作面惟一的 运输设备。刮板链是刮板输送机的牵引构件，在工作过程中，由于动、 静载荷的不断作用，刮板链会产生弹性变形，链环节距不断增大，使用 _ - 一段时间后链条松驰，造成堆链、卡链；当刮板链磨损过度，就会发生 ， 断链事故，需要重新接链。在掘进工作面，随着工作面的不断推进，刮 板输送机也必须不断延长，需要频繁地拆链和接链，不仅费时、费力， 同时还降低了生产效率。通过以上分析可以看出，能否及时、有效地完 成刮板输送机的接链工作，对煤矿的正常生产有着直接的影响。由于没 有专门的接链装置，一般情况下，都是采用用电紧车或用单体液压支柱 等简易装置，这种做法既违反安全操作规程，又对设备有一定程度的损 坏。因此，研制专门用于刮板输送机接链用的装置，使其能够动作迅速、 操作省力地完成接链工作，是本课题的主要内容和研究方向。+ 论文首先对刮板输送机链条的预张紧力和负载张紧力进行理论计 算，并在对国内处相关研究成果进行分析的基础上，得出接链装置所需i 的最小拉力，为接链装置的设计提供了理论依据。 ， i 太原理工大学硕士研究生学位论文 针对掘进工作面和综采工作面刮板输送机的不同特点和工况要求， 论文中提出手动式和液动式两种接链装置的总体设计方案，同时又将手 动式细分为手动液压式和手动机械式，以满足不同的接链需求。在文中 对接链装置中的主要零部件进行了分析、计算，确保接链装置设计的合 理性和可行性，并对其工作原理做出详细说明。 论文描述了运用m a t l a b 和p r o e n g n e e r 软件对接链装置关键零 部件进行仿真分析的过程，并进行了模拟试验，验证了刮板输送机接链 ，装置的可行性，为该装置的进一步深化研究提供了一定的理论依据。 鉴于国内刮板输送机的发展现状，随着煤炭工业对运输设备的可靠 ， 性和工作性能上的要求不断提高，在现场对刮板输送机刮板链运行状况 进行实时监测与控制，是对刮板输送机的检修维护、增强工作可靠性、 避免和减少事故发生的有效途径。文中提出一种刮板输送机断链监测方 案。通过计算、分析刮板输送机在不同布置形式下刮板链最大张力点的 位置，从而得到刮板输送机断链监测装置的最佳安装位置。同时，文中 对断链监测装置的工作原理和元器件进行详细分析，确保监测装置能长 期、可靠、稳定地工作。 本文所研究的刮板输送机接链和监测装置具有操作简单、维修方便、 重量轻、可靠性高、安全性能好等特点，具有较好的推广应用前景。， 。， 。关键词：刮板输送机，张紧，接链装置，监测装置，动态仿真 i i 太原理工大学硕士研究生学位论文 s t u d yo nt h es t r a l n i n gc h a l na n d m o n i t o r i n gc h a i ns y s t e mo fs c r a p e rc o n v e y o r a b s t r a c t t h es c r a p e rc o n v e y o r sm a i nw o r k i n gp l a c e sa r ep r o d u c t i o nf a c e ，d r i v i n g f a c ea n dc o a lw a s h e r ye t c i th a sm a n ym e r i t s ，f o re x a m p l e ，b e c a u s et h e s c r a p e rc o n v e y o r sb o d yi sl o w , i t sf l o o rs p a c ei ss m a l l ；i tc a nb e n df l a t l ya n d v e r t i c a l l y ；i t ss t r u c t u r es t r e n g t hi sh i g ha n ds oo n s of a rt h es c r a p e rc o n v e y o r i su n i q u et r a n s p o r te q u i p m e n to fw o r k i n gs p a c e ，f o ri t ss p e c i a lc o n s t r u c t i o n a n dt h eg o o d a d a p t a b i l i t yi nf o r m i d a b l ew o r ke n v i r o n m e n t t h ef l i g h tl i n ki sa h a u lc o m p o n e n to fs c r a p e rc o n v e y o r i nw o r k i n gp r o c e s s ，t h ef l i g h tl i n kw i l l g e n e r a t ee l a s t i cd i s t o r t i o nw i t ht h ec o n t i n u o u se f f e c to fd y n a m i cl o a da n d s t e a d yl o a da c t i n go ni t t h ep i t c ho f c h a i ni sl o n g e rt h ec h a i ni sl o o s e r t h e c h a i nm a yb es t a c ka tt h ec h a i np u l l e yo rb ej a m m e d o n c et h ef l i g h tl i n ki s w o r ee x c e s s i v e l 弘t h ea c c i d e n to fc h a i nd a m a g ew i l lh a p p e n i nw o r k i n gf a c e ， w h e nt h ew o r k i n gf a c ei si m p e l l e d , t h es c r a p e rc o n v e y o ri sa l s ol e n g t h e n e d i t i sah a r dw o r kt ol e n g t h e nc h a i nc o n t i n u a l l y , n o to n l yw a s t ep h y s i c a ls t r e n g t h i i i 奎堕里三盔堂堡主坚塞圭兰壁堡奎 a n dt i m e ，b u ta l s ob r i n gt h ep r o d u c t i o nr a t ed o w n b ya n a l y z i n gt h e s e s i t u a t i o nw h i c hl i s ta b o v e ，ac o n c l u s i o n c a l lb ed r e wt h a tt h ew o r ko f c o n n e c t i n gc h a i nt i m e l y a n de f f e c ti n f l u e n c e sd i r e c t l yt h er e g u l a rp r o d u c t i o n o fc o a lm i n e b e c a u s et h e r ei sn os p e c i a lc o n n e c t i n g - c h a i nd e v i c e ，u s u a l l y , t h e h y d r a u l i cs i n g l ep r o po rm o t o rc a nb eu s e d b yt h i sw a y , t h eo p e r a t o rg o e s a g a i n s to p e r a t i n gr u l e sa n dd a m a g i n gt h e d e v i c e t h e r e f o r e ，t h ep r i m a r y c o v e r a g ea n dr e s e a r c h d i r e c t i o no ft h es u b j e c ti st od e v e l o pak i n do f c o n n e c t i n g - c h a i nd e v i c e ，w h i c hc a nm e e t t h en e e d so fs i m p l i c i t yo fo p e r a t o r , f i - i e n d l yu s ea n d r e l i a b l eo p e r a t i o n t h i sp a p e rc a l c u l a t e st h et e n s i o nf o r c et h e o r e t i c a l l yf i r s ta n dg e t st h e m i 肌sf o r c ew h i c ht h ec o n n e c t i n g - c h a i nd e v i c ed e p e n d s0 n t h i sn u m b e ri s t h et h e o r e t i ce v i d e n c eo f t h ed e v i c e a i m i n ga tt h ed i f f e r e n tf e a t u r eo fs e m p e rc o n v e y o r u s e di nw o r k i n gf a c e a n dd r i v i n gf a c e ，t h i sp a p e rr e p r e s e n t sg e n e r a ld e s i g no fc o n n e c t i n g - c h a i n d e v i c eo fs c r a p e rc o n v e y o r , d e s i g n st w ok i n d so f d e v i c et h a tu s e di nd i f f e r e n t w o r ke n v i r o n m e n ta n di n w o d u c e ss e l e c t i n go fp r i m a r yc o m p o n e n to ft h e m ， a n di n t r o d u c e ss e l e c t i n go f p r i m a r yc o m p o n e n to f t h e m t h i sp a p e ri l l u s t r a t e st h ec o m p u t e rs i m u l a t i n ga n df i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s o ft h i sd e v i c e ，v e r i f i e st h ef e a s i b i l i t yo ft h i sd e v i c ea n dg i v e st h et h e o r ya n d p r a c t i c a ll a w sf o rt h ef u r t h e rr e s e a r c h i n go f t h i sd e v i c e ，i no r d e rt oi m p r o v et h ew o r k i n gp e r f o r m a n c ea n dr e l i a b i l i t yo ft r a n s p o r t i v 太原理工大学硕士研究生学位论文 e q u i p m e n to fc o a li n d u s t r y , i ti sn e c e s s a r yt om o n i t o ra n dc o n t r o lt h er u n n i n g c o n d i t i o n so fs c r a p e rc o n v e y o rt oi m p r o v et h ed e p e n d a b i l i t yo fs c r a p e r c o n v e y o r t h i sp a p e rp r o v i d e ss c h e m eo fc h a i nr u p t u r em o n i t o rf o rs c r a p e r c o n v e y o r b ya n a l y z i n ga n dc a l c u l a t i n gt h ec h a i nt e n s i o no fs c r a p e rc o n v e y o r , t h es i t eo ft h em a x i m u mt e n s i o no fd i f f e r e n ta r r a n g e m e n tc a nb ec o n f i r m e d ， a n dt h eb e s t m o u n t i n gp o s i t i o no ft h em o n i t o rd e v i c e c a nb ef o u n d m e a n w h i l e ，t h ep a p e ra l s oa n a l y s e st h ew o r k i n gp r i n c ea n dc o m p o n e n to f d e v i c ed e t a i l e d t h ec o n n e c t i n ga n dm o n i t o r i n gc h a i nd e v i c e ，w h i c hi n t r o d u c e si nt h i s p a p e r , h a sm a n ym e r i t s ，s u c ha sg o o ds e c u r i t y , c o n v e n i e n tc o n t r o la n dl i g h ti n w e i g h te r e i th a st h eb e t t e rp r o m o t i o na n da p p l i c a t i o np r o s p e c t k e yw o r d s ： s c r a p ec o n v e y o r ，t e n s i o n ，c o n n e c t i n g - c h a i nd e v i c e , m o n i t o r i n gd e v i c e ，d y n a m i cs i m u l a t i o n v 声明 v9 7 9 7 1 1 工 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下。 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名：日期： 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) o 签名： 导师签名：塾型丑移别h 日期： 日期：之翌! 二! 二7 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 1 刮板输送机概述 第一章概论 1 1 1 刮板输送机的基本结构及工作原理 刮板输送机是一种以挠性体作为牵引链的连续式运输机械，主要用于回采工作面 或顺槽等其他场所。它主要由机头部、刮板链、溜槽、机尾部和附件等组成。 图卜1 刮板输送机示意图 f i g i 1t h es c r a p e rc o n v e y o r 刮板输送机的牵引机构是绕经机头链轮和机尾链轮( 或滚筒) 进行循环运动和无 极闭合的刮板链，承载机构是溜槽。起动电动机，经液力耦合器、减速器、传动链轮 而驱动刮板链连续运行，将装在溜槽上的货载拖拉到机头处卸载转动。一般情况下， 溜槽上部装载，下部回空链。 1 1 2 刮板输送机的类型及优缺点 刮板输送机的类型很多。按溜槽的布置方式可分为并列式和重叠式；按溜槽的结 构，可分为敞底溜槽式和封底溜槽式；按牵引链条的结构，可分为片式套筒链，可拆 太原理工大学硕士研究生学位论文 模锻链及焊接圆环链；按链条数及其布置方式，可分为单链、双边链、双中心链及三 链刮板输送机；按刮板与链条的连接、布置形式，则有悬臂式、对称式、中间式之分。 各种类型的刮板输送机，随其运输能力及结构特点，适用于不同的工作条件。如并列 溜槽式刮板输送机，适用于薄煤层工作面；而封底溜槽式刮板输送机，适用于煤层较 松软易破碎的工作面 。 。刮板输送机之所以能在国民经济生产中得至广泛的应用，是因为它存在着与其它 设备无法相比的优点。 1 ) 适应性好。对环境的要求不高。在煤矿井下及其它工作条件恶劣，运输负荷 变化较大的场所把物料运输到运输条件好的场所。 2 ) 协作性好。为适应综合采煤机械化的需要，在机身上设有供采煤机牵引和导 向的装置、与支架的连接装置和挡煤板、电缆槽及铲煤板等，目前刮板输送机发展到 了随着工作面的推进不需拆卸的整体推移，向着大功率、高强度和短而低的机头及机 尾方向发展 j 。 。 3 ) 可弯曲性好。为适应工作地点和作业条件的要求，能在一定的范围内做水平 及垂直方向的弯曲。 ，。， 4 ) 机身的强度和刚度高，能经得住碰撞和冲击。 5 ) 耐磨性好采用新研制的碳化硼药皮耐磨堆焊焊条，在矿用刮板输送机的中 部槽中板表面堆焊一层耐磨合金层，使中板的强度得到加强，同时并不增加输送机的 拖动阻力以及刮板与链条的磨损。 6 ) 功率大。随着重型刮板输送机的发展，装机功率越来越大，大的刮板输送机 总功率达2 x7 0 0 = 1 4 0 0 k w 。 ” ， 刮板输送机的缺点是： 1 ) 空载阻力大。刮板链质量大，刮板与中板摩擦向前推进，物料也通过刮板的 阻挡和中板摩擦向前推进，使得电机的3 0 多的功率浪费在空载运行上 2 ) 启动难。刮板输送机在输送物料的过程中需要较高的启动力矩，启动过载系 数通常为2 5 0 0 ，因此满载启动难的问题不能很好地解决。 3 ) 动负荷大。刮板输送机具有较大的动负荷，动负荷产生的原因有自身结构和 工作环境的原故。 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 2 链传动的特点与应用 链传动是一种具有中间挠性件的啮合传动。它既有齿轮传动的一些特点，也有带 传动的特点，但与其比较，还有它自身的特点。它的显著特点是a 、链传动的制造与 安装精度要求低。b 、链条对轴的作用力较小。c 、链传动能有缓冲与吸振性能。d 、 它的传动比准确。e 、对环境适应能力强。因此在煤矿工作条件比较特殊的情况下， 链传动的应用更普遍。现在它是刮板输送机的关键配件之一，在起到连接各部件成为 完整系统的作用时，还承受很大的交变载荷。随着煤炭工业机械化的发展，大功率高 效采煤机和长距离、大功率输送机迅速增加，对大规格的矿用高强度圆环链需求量逐 年增大 t 概括来说，链传动的适用范围很广一般在大中心距、多轴、传动比要求准确的 传动，环境恶劣的开式传动，冲击和振动大的传动，大载荷的低速传动，润滑良好的 高速传动等，都可较好地采用链传动。 二 1 3 刮板链断裂原因分析及其影响 刮板链是刮板输送机的主要工作机械，它在工作过程中要承受较大的静载荷和动 载荷。这些数量众多的链环中，只要一环出现断裂，就会影响全局。特别是断链出现 在回链边时，找位、接链必须清除输送机上的煤体，翻开溜槽才能进行，费时费力， 严重影响煤炭生产的高效，稳产。 刮板输送机事故及故障主要是由于刮板链的链条或接链环断裂，引起设备其他部 件损坏断链事故根据产生的原因可分为三种类型：刮板，链条、接链环等材料或 加工制造存在质量问题；操作不当或使用维护存在问题；刮板、链条、接链环等 磨损过度、疲劳损坏。只要其中一种原因存在，就可能会引发断链事故，有时则必须 两种以上原因同时出现时，才会发生断链事故。 刮板链断裂事故主要有以下原因： 。 1 )非正常损坏 材料、制造质量问题。圆环链、接链环、刮板的材质、制造质量不良是单独 3 太原理工大学硕七研究生学位论文 引起断链的重要原因。由于制造质量和材质达不到标准，致使链环、接链环、刮板在 使用中发生脆性断裂或塑性变形断裂事故。a 脆性断裂。圆环链的脆性断裂都发生 在焊接接口或焊缝热影响区。b 塑性变形断裂。圆环链的塑性变形断裂都发生在链 环的直段与圆环结合处，该处承受较大剪切应力。链环和断n 的宏观特征有明显的塑 性变形，断口平行于该处最大剪切应力方向，主要是由于材料、热处理存在问题。 链道掉入铁器。在刮板机运行时，有截齿或刮板等铁器掉进刮板链道中，当 运转到机头链轮处时，易发生卡链，造成断链。 刮板链松，刮板出槽。刮板链预张力不够，在采煤机割到刮板机机尾处时， 由于刮板机负荷大，刮板链承载增加，链的伸长量加大，在机尾处造成堆链，使得刮 板极易出槽，当出槽的刮板运转到机头时，与机头卸料梨煤板干涉，发生卡链，造成 断链。 。 链条过紧。链条过紧是由于紧链过度产生的，它增大了链条的初张力，从而 加速了刮板链的磨损，缩短了使用寿命，且因当其被刮卡时，没有缓冲的余地，增大 了链环的动张力负荷，超过强度极限值的情况下，出现断裂。 刮板间距过大。刮板间距超过2 倍的刮板要求间距时，当运转到机头处时， 由于链的张力，使没有刮板的链条绷起，不能在刮板槽中滑动，随之下一刮板也随着 链绷起，与机头卸料梨煤板干涉，发生卡链，造成断链。 过载。刮板输送机上货载过多或刮板链被大块矸石卡住，刮板链在满载或超 载的情况下起动或频繁起动时，链条承受的动张力超过了强度极限，尤其是当链条存 在有腐蚀、磨损、疲劳损伤的情况下极易断裂 机械损伤当刮板链在一处发生断链时，其周围的链子受到不同程度的机械 损伤，使得链子的强度大大降低，在有机械损伤部位发生断裂。 刮板螺栓松动。刮板螺栓的紧固要求达到一定的扭矩，当扭矩不够或在运行 中螺栓松动、运行中的动载荷造成螺栓螺扣损坏等，刮板和其压板分离，在机头、机 尾处发生卡链，造成断链。 两条链条长度不等。由于磨损或制造原因导致链环节距不等，造成两条链条 长度不等，负荷集中在一条链子上，超过强度极限，造成断链。 接链环故障。接链环两半环联接螺栓松、螺栓断、涨销脱落等，两半环分离， 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 造成断链，或接链环受损、两半环出现裂纹，强度降低，造成接链环断。 2 ) 自然损坏 动载荷。链条在正常运输货载时，办有动载荷存在，这是因为机头链轮在传 动链条时，速度有周期性脉动，存在动负荷。尽管这种动载荷比前述链条受到的冲击 负荷要小得多，但由于是反复不停地交变作用，造成链环、接链环和刮板出现疲劳裂 纹，发生断链。 腐蚀。矿井水中含有腐蚀性物质，使链环产生锈蚀、脱皮等，致使链环断面 减小、强度降低，导致刮板链断。 磨损。刮板链在运行中与溜槽及货载相互摩擦产生磨损，同时链轮与链环在 啮合时产生相对滑动造成磨损。此外，链条的链环与链环之间也存在运动造成磨损。 这些磨损表现在链环上的3 个部位：a 直边部分外侧。这部分是链环与溜槽磨损最 严重的部分，磨损后使链环直径缩小，断面降低，强度下降经测量计算，一般使用 7 年以后，其断面积缩小一般可达1 2 。这种磨损，立环比平环严重b 圆弧部分 外侧。这部分磨损主要是链环在经过机头链轮时，与链轮齿啮合过程中产生相对滑动 而造成的，这种磨损，平环比立环严重。c 圆弧部分内侧。这部分主要是链环与链 环接触，在刮板机直线部分由于挤压产生疲劳；在通过链轮时，由于相对滑动磨擦与 挤压而磨损。这种磨损，平环与立环相对同时产生。 1 4 选题的意义及需要解决的问题 1 4 1 选题的目的和意义 刮板输送机是煤矿生产中常用的运输设备，广泛用于采煤工作面、掘进工作面以 及某些地面运输等。刮板输送机工作的正常与否，对于整个煤矿安全生产起着至关重 要的作用 ，。 。 近年来，井下驱动装置的功率不断增大。因此对圆环链传动的要求也明显提高， 链轮与圆环链链条啮合传动的失效与否，直接关系到煤矿刮板输送机的安全运转和工 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 作面的生产效率。+ 在实际生产中，特别是在掘进工作面，随着工作面的不断推进，刮板输送机要 随进随添，每日都必须缩延输送机。无论是延长机头还是机尾，切接链条时都必须使 用紧链装置。如果直接挂接链条，则会因链条过松而堆积在链轮附近，甚至使链条跳 出链轮，造成链条损伤或卡链或断链事故。正常运行的刮板输送机由于链条长期磨损， 链环节距增大，连接槽接头越拉越紧，也会使链条松弛。由于没有专门紧链装置，长 期以来一直因频繁地添加链条而困扰着安全生产。此外，刮板输送机在运行过程中很 难避免出现刮板卡挂或压溜等原因引起的断链事故的发生特别是在机头或机尾两 头，在采煤进行开切口时，刮板输送机有一定扭曲状态，最易出现刮板链卡挂现象， 也最易出现断链的情况。 根据上述分析可知，必须采取有效的手段和方法，对刮板链进行断链监测并在链 条断裂后能够及时加以处理和更换，保证生产安全可靠地进行因此，操作简单、维 修方便、工作可靠的刮板输送机接链装置和断链监测装置的研制，已成为煤炭安全生 产和高效、稳产中急需解决的一项重要课题 1 4 2 本课题拟做的工作 l 、对刮板输送机牵引机构进行理论分析，总结了刮板输送机链条预张紧力、负 载张紧力和链条悬垂量与张紧力的关系。并在链条张紧力计算的理论基础上，确定断 链监测装置的最佳安装位置。 2 、深入研究刮板输送机的工作过程，明确刮板输送机接链装置的组成部分和其 工作原理、工作环境、工况要求，在此基础上提出了系统总体方案的设计要求，根据 上述要求，完成液压式和机械式接链装置的设计、提出断链监测装置方案，对各个部 分主要元件的选型和设计进行研究，并开发其试验模型。， 3 、对装置的主要零件进行了计算机仿真和有限元分析，并对整个装置进行了模 拟试验，验证了该装置的可行性。在试验中观测和检测相关参量，总结理论研究和试 验研究成果，为进一步深入研究提供了一定的依据。， 。， 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 第二章链条张力分析与计算 2 1 刮板输送机链条预张紧力计算 刮板链为一弹性体，运行时因受到拉力，会产生弹性伸长，这个伸长量会使刮板 链在驱动链轮分离处松弛，造成回煤、掉底链，甚至发生堆积( 馈链) 而导致断链、 卡链和断齿事故的发生。为了防止这种现象发生，要给其一个预紧力( 预紧力是指输 送机正常运转之前旌加于链子中并在链子中保持的预紧力) ，使之产生一个预加的弹 性伸长。若这个伸长量与额定负荷下所能产生的伸长量相等，此时驱动链轮分离点处 的刮板链张力正好等于零，则会避免因链条的松弛过多造成各种事故，这就是选择链 条合理张力的必要性。如果链条预张力过大，也会使链条同链轮啮合过紧，造成严重 磨损、振动加大、疲劳加速，甚至跳链、断链事故，也不利于刮板输送机的正常运行 预紧力的形成，是靠拉紧装置来实现的。对于某一特定的刮板输送机，究竟需要 多大的拉紧力才能满足要求，需要进行专门的计算。如前所述，预紧力太小，最小张 力点处链条松弛，带有不安全隐患；预紧力太大，最小张力点张力( 输送机正常工作 时，整个封闭链条上张力最小的那一点的张力) 和其它各点张力也大，不但增加运行 阻力，也影响刮板链的使用寿命。下面就根据最小张力点张力等于零这一原则，来确 定刮板链的预紧力。 刮板链条是弹性体，在牵引力的作用下可产生弹性伸长，刮板链在额定负载下的 张力分布如图2 一l 所示。图中虚线表示刮板输送机的链条预紧力，按等高线的高度 均匀分布在链条上；图中实线表示刮板输送机运行中的链条张力分布 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 图2 - 1 刮板输送机的预紧力和运行张力 。7 f i g 2 i t e n s i o n o f s c r a p e r c h a i n c h a r t 对于综采工作面，链条的微元伸长量与其张力、微元长度、链条弹性模量、刮板 链的横截面积等诸量之间的关系服从虎克定律。输送机在额定负载下工作，在弹性极 限范围内，链条总弹性伸长量a 可以用下式表达 址= 土e a r s g 陋 ( 2 - 1 ) 山 、7 式中，e 刮板链弹性模量； ， a 刮板链横截面积； l 一刮板输送机铺设长度； s g 卜堆条在点x 处的张力值 式中的积分值等于图2 - l 中的张力所包围的面积。则重段链条的弹性伸长量为 。 地= 击g = 面1 仅+ 瓯) 。， ( 抛? 空段链条的弹性伸长量为 ， 2 击9 协= 击仅- = 翟 c 2 。， 故链条总弹性伸长量为 此2 址一+ 地2 i 茜( s + + 岛+ 墨) 2 - 4 ) 式中，s 额定负载下机尾链轮链条相遇时啮合点的链条张力； 舅额定负载下机头链轮链条分离时啮合点的链条张力； 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 墨一额定负载下机头链轮链条相遇时啮合点的链条张力； s 。额定负载下机尾链轮链条分离时啮合点的链条张力。 由此可见，在额定负载下，链条有了一个伸长量，为了消除此伸长量对刮板 输送机链条的影响，必须给链条加一个预紧力瓦，使链条在预紧力下产生的伸长量与 额定负载下的链条伸长量相抵消。 下面求静止状态下刮板链伸长量。如果在整条链子中加一个恒定不变的预紧力 瓦，则受预紧力矗的作用而使2 l 长的链子产生的弹性伸长量为 。屿= 等( 2 - 5 ) 为了保证链条的正常运行，必须有a l = a l o ，即 等= 击佤+ s 2 + 焉+ 墨) ( 2 - 6 )尉 2 刨、。 ” t o = 去( & + 是+ 岛+ 墨) ( 2 7 ) 由上式可以看出，对于平直输送机，刮板链条所需预紧力为输送机刮板链条上四 个特殊点张力的算术平均值。 刮板链预紧力瓦的大小与机头传动装置的布置方式有关，刮板输送机驱动装置不 同的布置，刮板链刮板链运行阻力大小也不一样。因而刮板链条所需的预紧力大小也 是不相等的。 ， 1 ) 机头机尾驱动时刮板输送机的预紧力 刮板输送机的预紧力和运行张力分布示意图如图2 1 各点力计算公式如下 墨= 七型警半可 s 2 = s 一s d 、 9 ( 2 8 ) ( 2 9 ) 太原理工大学硕士研究生学位论文 岛= 七型! 号业叩 ( 2 1 0 ) 墨= 0 ( 此点链条松弛) ( 2 - 1 1 ) 瓦= 昙 + 是+ 墨+ s 。 。 ( 2 - 1 ； 式中，墨、曼、s 、墨意义同前； 丑机头部电动机的总安装功率； 最机尾部电动机的总安装功率； 七一实际功率系数，k - - o 6 一l ，通常k = o 7 ； v 刮板速度； 节传动效率，一般矿地8 o 9 5 ； 瓦一刮板输送机链条的预紧力，对双股链的刮板输送机，其每股链条的 个 预紧力为要； & 刮板输送机的底链阻力； 4 品：睦坐v 竺! 。赢 式中，& 刮板输送机空载运行时的功率损失，& = 南三； 毛空载指标，即单位长度的输送机空载功率损失值。对于轻型 刮板输送机，与卸0 5 棚1 5 k w m ：对于中型刮板输送机， 毛= o 1 5 o 3 0k w m ；对于重型刮板输送机，k l = o 3 0 加4 5 k w m ； 毛刮板输送机底链回料功率损失，= 七2 上； 1 0 太原理工大学硕士研究生学位论文 屯一回煤指标，即单位长度刮板输送机底链回煤功率损失， 通常七2 = 0 0 15 - - 0 0 2 5 k w m ，叫煤越少，k ：值越小，当无回 煤时，也= o ： o 1 0 2 x 9 8 一单位换算系数，l k w = o 1 0 2 9 8 k n i n s 。 2 ) 机头驱动时刮板输送机的预紧力 图2 2 为机头驱动时刮板输送机的预紧力和运行张力分布示意图。图中虚线、 实线及符号的意义同图2 1 。 刀狲? ? iiliilili1 0 图2 - 2 机头驱动时刮板输送机的预紧力和运行时张力分布示意图 f i g 2 - 2 t e n s i o no f s c r a p e rc h a i l lc h a r t 刮板输送机预紧力瓦，按下列公式计算 岛= 0 ( 此点链条松弛) ，( 2 1 4 ) 蜀= ( 2 1 5 ) 墨= 墨 ( 2 1 6 ) 。 马= 七型警攀，7 ( 2 1 7 ) 瓦= 丢仅+ 岛+ 墨+ 墨) ( 2 1 8 ) 式中，所有符号意义同前，品的计算按式( 2 1 3 ) 进行，用数字4 相除，表示 输送机预紧力为链条各点张力的平均值。 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 2 刮板输送机链条负载张力计算 刮板输送机工作中要克服以下阻力： 1 ) 货载及刮板链在重段上的移动阻力； 2 ) 倾斜运输时货载的自重分力； 3 ) 刮板链在回空段上和移动阻力； 4 ) 刮板链绕过机头尾链轮链条弯曲阻力； 5 ) 传动装置阻力。 。 设刮板链在溜槽中移动阻力系数为f ，货载在溜槽中移动阻力系数为，刮板链每 米重吼，输送机每米长货载重窖，安装角度，铺设长度l 米，平直刮板输送机运 行阻力分别按重段和回空段计算。 重段阻力为阡0 = ( q z + q o f ) i , c o s f l + ( q + q o ) l s i n p ( 2 1 9 ) 回空段阻力为w k = q o l 驴c o s p ：s i n p ) ，(2-20) “+ ”、“一”号的确定原n - 当刮板链和货载沿输送机运行方向分力与移动阻力 方向相同取“+ ”，相反取“一”号。 、厂、 图2 - 3 刮板输送机水平弯曲示意图 f i g 2 - 3 s c r a p e rh o r i z o n t a lc u r v a t u r ec h a r t 当可弯曲刮板输送机工作时，水平面上有弯曲。如与采煤机配套使用的工作面刮 1 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 板输送机，随采煤机前进切割煤壁，其后面的刮板输送机溜槽在支架推力作用下推向 煤壁一个步距a 米，输送机在水平面e 形成如图2 - 3 所示的弯曲铺设，产生刮板链与 槽帮的附加摩擦阻力。装煤点在采煤机处，可近似在弯曲处，距机头l l 米，弯曲段 对刮板输送机长度l 影响不计。则： 水平弯曲的刮板输送机空段阻力为 = g 。l ( c o s f l gs i n f l ) + b 2 + g 。1 ( f c o s f l - y - s i n j 6 7 肥门。一1 ) - - q 。驴c o s 千s i n 牡+ 厶g 7 “一1 ) 4 + s z ( e “一1 ) ( 2 2 1 ) 水平弯曲的刮板输送机重段阻力为 = q o l ( c o s f l 士s i n f l ) + q 1 1 ( a c o s f l + s i n f l ) + s , ( e i k i ) + 乜一厶) ( f c o s f l + s i n f l ) ( e 1 1 0 - 1 ) ( 2 2 2 ) 式中，力刮板链在槽帮上移动阻力系数 ” 刮板输送机在水平面上弯曲的弯曲角度( 弧度) ，如图2 - 4 所示，是由每节 溜槽长度1 ，相邻槽间转角，推移步距a 确定的。 弯曲段曲率半径为 弯曲段长度 没 y 1 l 图2 - 4 刮板输送机水平面弯曲示意图 f i g 2 - 4 s c r a p e rh o r i z o nc u r v a t u r ed l a n 卫：l 一 2 s i n l 2 l 。= 瓜矗西 1 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 弯曲段扇形中心角 弯曲段溜槽数 口：2 s i n - i 一竺 口2 + 磁 g o = 缸 2 r 口 矗一， 为简化计算，由弯曲段产生的附加阻力可粗略计为平直铺设时阻力的1 0 。刮板。 输送机总的运行阻力r v o = 1 1 0 + 阡名) k n 。 计算刮板输送机运行阻力首先要确定公式中的各阻力系数。这些阻力系数值主要 取决于链条、刮板和货载与溜槽的摩擦系数及输送机结构和铺设质量。 刮板链与溜槽摩擦系数是由摩擦副材料及滑动表面状况确定的，工作初期比经过 跑合后要大。应该指出在输送机工作过程中不存在钢与钢的干摩擦，货载的细小颗粒 对摩擦面有“润滑”作用，这就是为什么用相同材料做成的输送机有不同的使用寿命 的原因之一。货载与溜槽的摩擦系数同样取决于溜槽表面粗糙度、硬度和货载的性质。 货载本身的性质对摩擦系数值具有很大的影响，如硬度、湿度等。刮板输送机在各种 煤田使用经验表明煤与溜槽的摩擦系数波动范围很大。 刮板输送机结构对运行阻力的影响也是很大的，如槽型、刮板链型、是否有封底 板等。槽型对货载移动阻力系数产生不可忽视的影响，尤其是输送机粘结粉煤时当 溜槽在刮板直接作用区域外有死角，煤粉会在此处堆积，被压实粘附在槽帮上，形成 煤在被压实的粉煤上移动，导致阻力系数增大，刮板也有可能因槽帮内塞煤而被卡住 当溜槽不封底时，回空链的移动阻力比有封底时增大，因为刮板链不是在金属板上而 是在粉煤上移动输送机运行质量的好坏也会影响阻力系数，如果铺设质量不佳，则 会破坏输送机某些部件或整机的正常状态。 上述影响刮板输送机阻力系数的因素摩擦系数、输送机结构和铺设质量中， 第一种因素较稳定，其它因素影响则时大时小，制定某种标准是不可能的。因此对运 行刮板输送机计算时，必须采用实验途径获得具有最终结果的阻力系数，这些阻力系 数无一不受上述诸因素的影响和制约。根据对各种煤矿工作面里使用的输送机消耗功 率的测定结果推算出阻力系数值：z = o 3 1 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 ) 重载槽和回空槽重迭布置的单链输送机f = o 3 5d = 0 5 5 2 ) 鼋载槽和回空槽平行饰置的单链输送机 厂= 0 4l = o 7 5 3 ) 封底式双链输送机( 当溜槽平直时) 厂= o 3= o 8 4 ) 封底式双链输送机( 当溜槽波浪起伏时) 厂= 0 4z = 1 2 5 ) 敞底式双链输送机( 当溜槽平直时)厂= 0 5 z = 0 8 链条张力是刮板输送机运行中克服阻力产生的，因此通过对阻力的计算，可以计 算链条沿输送机全长各点张力及最大张力。根据最大张力选择链条规格；根据链条在 主动链轮相遇点和分离点的张力确定链轮牵引力，进而确定装机功率；根