特厚煤层综放工作面刮板输送机链条受力分析

特厚煤层综放工作面刮板输送机链条受力分析

0说明:“拉着特点”本文以中国的三级刮板机为例，说明了存在的问题。该机装机功率可达3×700kW,采用准48×152中双链,链速1.41m/s,设计铺设长度300m,运输量达3500t/h,链条负载最大拉力可达2500kN。1拉格朗日定位系统在紧链前后的各点张力分布刮板输送机链条是一个具有确定弹性模量E0的弹性承载体,一旦受拉承载后就会按其固有的应力—应变特性曲线产生相应的应变,图1为链条受拉时的应力—应变曲线。工作面刮板输送机链条在任何情况下都应在其弹性变形区段0~Fp内运行,其负荷不允许超过弹性极限,否则链条将产生塑性变形而导致跳链、断链等重大事故。链条标准规定σp≥60MPa,εp≤1.6%,求得链条的弹性模量在链条张力计算时取最小值E0=37500MPa。如图1所示,紧链后的刮板输送机在负载运行前链条各点张力沿输送机圆周均匀分布,统称为预张力FV;一旦刮板输送机负载运行,链条上原来均匀分布的各点张力立即发生变化而呈沿运行方向线性增长的直线FX,有些点的张力远远高于原来的预张力FV,如机头链轮驱动点,有些点的张力远远低于原来的预张力FV,如机尾链轮脱链点。但无论是链条预张力,还是链条负载运行时的张力,都应始终处在该链条载荷—变形曲线的0~FP弹性区段内。2刮板输送机重段阻力及阻力计算刮板输送机链条在中部槽内牵引运煤时,链条各点及其所运输的煤均受到来自中部槽的阻力。链条某点所受阻力与该点牵引张力总是大小相等而方向相反地成对发生,因此,欲知链条某点张力,只要求得该点所受阻力即可。链条某点所受阻力(张力)与下列参数有关:(1)链条(刮板链)重量g0及煤的重量g,以及中部槽对链条及煤的阻力系数f1和ω;(2)链条所处位置x及刮板输送机铺设长度L;(3)刮板输送机铺设倾角β和水平弯曲段围包角α,链条过此水平弯曲段围包角时的阻力系数f。刮板输送机水平弯曲段围包角α可按下面的计算求得。如图2所示。弯曲段长度α′———相邻槽间转角;a———溜槽推移步距。弯曲段扇形中心角弯曲段围包角(1)由于采煤机必须不停地在刮板输送机机头和机尾之间往返截煤方能完成工作面循环推进,所以lx在刮板机运行中是不断变化的。这里设定与刮板机配套的采煤机长度为15m,则可知lx在15~(L-15)m变动。(2)链条最小张力点张力F0的数值设定,理论上其值为零。图3描绘了上述各个参数的意义及其对运行阻力的影响。3×700kW重型刮板输送机机头机尾都安装有驱动装置,刮板输送机负载运行时,上下链各点所受运行阻力都是沿各自的运行方向呈线性增长变化,某点所受阻力(即张力)Fx是其所处位置x的线性函数,即Fx=F(x)dx。刮板输送机整个上链阻力(重段阻力)式(1)中,阻力分量g(L-lX1)(ωcosβ±sinβ)+g0lx1(f1cosβ±sinβ)(efα-1)是装煤长度(L-lx)或水平弯曲段位置lX1的线性函数,随采煤机往返截煤而在15~(L-15)m变动,导致刮板输送机重段阻力Wz,即上链张力大幅度增减;式中其余阻力分量与装煤长度(L-lx)无关,构成重段阻力即上链阻力的“固定”分量。整个下链阻力(空段阻力)从式(2)可看出,空段阻力受装煤长度(L-lx)影响很小,它基本不随采煤机往返截煤而有大的波动。如图3所示,设刮板输送机机头链轮驱动点和脱链点处链条张力分别为F4和F1,机尾链轮驱动点和脱链点处链条张力分别为F2和F3。由链条所受阻力与该点张力的关系可知式(1)~式(4)中,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时,取“+”号;相反时,取“-”号。F1和F3分别发生在机头驱动链轮与机尾驱动链轮的脱链点处,要得知理论值为零的最小张力点张力(F0),需对刮板输送机机头、机尾驱动装置功率分配比K与机头、机尾驱动装置各自所应直接克服的阻力之比Wz/Wk作比较。当K>WZ/WK时,机头驱动装置不仅“拖动”上链Wz,而且帮助机尾驱动装置“拖动”下链,故F1为最小张力点张力。同理,当K<Wz/Wk时,F3为最小张力点张力;而当K=Wz/Wk时,F1和F3均为最小张力点张力。由于该刮板输送机机头驱动功率为2×700kW,而机尾为1×700kW,故驱动装置功率配比K=2;其重段、空段阻力之比为了计算Wz和Wk,即式(1)和式(2)以及Wz/Wk,需首先确定刮板输送机的各个参数:(1)刮板链的重量g0=192.8kg/m;(3)查得中部槽对链条(刮板链)及煤的阻力系数f1=0.3;(4)查得煤的阻力系数ω=0.8;(5)查得链条过水平弯曲围包角时的阻力系数f=0.4;(6)为了计算方便,取刮板输送机铺设倾角β=0°,取刮板输送机水平弯曲围包角α=0°(7)由于装煤长度(L-lx)是在15~(300-15)m不断变化的,计算时可按当量长度根据重段阻力计算公式得Wz=138481.871kg因此刮板输送机上链张力分布为机尾链轮脱链点张力F3为最小,即F3=F0=0将F3、Wz、Wk带入,即可求得刮板链各点张力。3刮板链伸长量不适宜于fv刮板链条是个弹性体,在牵引力作用下产生弹性伸长,其微伸长量与链条张力、链条微长度、链条弹性模量E0等诸量之间关系服从虎克定律。其弹性伸长量得积分值在张力图中是张力线所包围的面积,所以刮板链伸长量伸长量Δl导致链条悬松、堆积,甚至使链条扭结产生运行故障,为此必须拆除伸长量Δl,或使输送机伸长,这2种办法与整个刮板链条上分布一恒定预张力FV并产生相同的变形量Δl是同样的效果。此时最小张力点张力就会为零,则避免刮板链松弛。又由得到3×700重型刮板输送机预张力如前所述,装煤长度(L-lx)随采煤机往返截煤在15~(300-15)m不断变化,因此相应所要求的链条预张力也应随之变化,则可求得最小预张力FVmin=124299N和最大预张力FVmax=8766437N,如图4所示。4刮板放空系统调节方式确定(1)3×700kW刮板输送机采用液压马达,利用其压力可调和制动功能可按计算所求的链条预张力对刮板链进行准确、安全紧链;采用可伸缩机尾,通过可伸缩机尾紧链油缸根据刮板输送机负载状况可对运行中的刮板链按计算调节范围及时调整链条预张力;(2)由计算可知,刮板输送机负载状况,特别是装煤长度(L-lx)不断变化,而且变动范围很大,故所要求的链条预张力也应能随机调节,