【刮板输送机异常载荷工况分析5600字】

刮板输送机异常载荷工况分析目录TOC\o"1-3"\h\u14766刮板输送机异常载荷工况分析 187721.1物料冲击引起的卡、断链分析 165281.1.1卡链工况异常载荷模型 236541.1.2断链工况异常载荷模型 361981.2链轮多边形效应引起的动载荷分析 568011.2.1链传动系统运动学啮合分析 5266691.2.2多边形效应机理分析 686411.1.2刮板输送机运行过程中的动载荷分析 8277721.3物料分布对刮板输送机偏置载荷的影响分析 8189001.1.1采煤机装煤机理 9198131.1.2偏置载荷下物料运行阻力分析 10在实际开采过程中，刮板输送机链条的安全稳定会受到多种因素影响，比如，链轮与链条循环往复啮合而产生的无法避免的多边形效应、液压支架直接与刮板输送机接触的推溜和拉架力、刮板输送机在启动或者制动过程产生的动载荷，导向滑靴/平滑靴的压力/摩擦力、煤壁片帮或大块煤矸石砸落产生的冲击力等。本节主要对刮板输送机运行过程中存在的各种异常载荷进行分析，详细分析物料冲击导致的刮板输送机卡、断链工况以及多边形效应产生的动荷载将，并建立异常载荷模型，为接下来的仿真过程做准备。1.1物料冲击引起的卡、断链分析综采工作面刮板输送机在实际作业时，由于工作面及煤层伴有不同程度的地质构造，导致来自采煤机的物料具体随机性，时常还伴随有坚硬的岩石，所以刮板输送机在运行过程中会出现链条刮板链突然被很大块物的煤料或者岩石卡住，以及发生煤壁片帮现象，卡链会导致断链的发生，大块物料的突然落下严重时也会导致断链；同时，在刮板输送机无载侧会发生物料堆积现象，形成料栓；以上述现象被称为刮板输送机的异常载何工况，如图1.1所示，板输送机的异常载荷工况具有随机性，无法进行预计和避免，因此开展刮板输送机链传动系统异常载荷下的动力学特性的研究则显得十分必要。图1.1刮板输送机卡、断链示意图Figure1.1Schematicdiagramofscraperconveyorchainstuckandbroken1.1.1卡链工况异常载荷模型刮板输送机卡链工况是事故中较为常见的一种，导致卡链工况的原因大致分为以下几种：采煤机截割掉落煤岩散料形状特异，其中不乏有大块煤岩、煤壁片帮，在复杂的运输环境下可能导致链条被卡住；刮板与中部槽侧帮摩擦、中部槽底板不平而导致中部槽与底板上的突出产生较强碰撞。一旦产生卡链，无论是单侧卡链还是中双链都被卡死，对链传动系统产生的破坏性都十分明显，尤其是单侧卡链会在刮板链上产生偏置载荷，使得链传动系统受到的冲击更为明显。对于中双链的刮板输送机，在有限元仿真过程中可通过对卡链后刮板链的运行速度进行限制来模拟断链工况，如图1.2所示；也可以通过对卡链处设置冲击载荷对卡链工况产生的异常载荷进行模拟，如图1.2示。图1.2通过限制刮板链速度模拟卡链工况Figure1.2Simulationofchainclampingconditionbylimitingscraperspeed对应速度的模拟如下： （1.1）图1.3通过设置冲击载荷模拟卡链工况Figure1.3Simulationofchainclampingconditionbysettingimpactload对应冲击载荷的模拟如下： （1.2）式（1.1）和（1.2）中，i表示被卡住的刮板链序号，j取值1或2，用来区分中双链刮板输送机链条的卡阻侧；和分别代表第i个某端被卡住刮板的初速度和卡住后速度；代表第i个刮板链某端被卡住后施加的冲击载荷。在2.2一节中，本文对刮板输送机建立的离散但元动力学模型将中双链及刮板整体看作一个离散单元，所以在实际仿真过程中，对卡链的模拟不考虑单侧卡链，直接对整个离散单元卡链进行模拟。1.1.2断链工况异常载荷模型本小节先从现场工况出发，总结综采工作面刮板输送机实际使用过程中常见断链的原因，并建立异常载荷数学模型模拟断链故障工况，为后续断链工况仿真做铺垫。刮板输送机常见的断链原因主要有以下几个方面：（1）由于链条维修，新链环和旧链环的混合使用，会因链条各部位的受力和磨损情况不同而出现拉伸变形情况不同，最终造成链条产生薄弱环节，受力大的和磨损严重的容易发生断链；（2）刮板输送机过大的弯曲角与水平角，中双链的两条链出现松紧边现象，容易导致使一侧链条张力过大断裂，随即因为双链受力不均另一条链条也发生断裂；（3）链轮链条被杂物卡阻或卡死，刮板输送机机槽底部的杂物较坚硬或异常堆积形成料栓，导致链条卡阻或者杂物被带到链轮使得链轮卡住，最终发生断链事故。（4）由于发生飘链事故而导致断链，刮板过度磨损、过弯角度超限、空载段卡阻等，都是导致飘链事故发生的原因，一旦发生飘链事故，导致飘链后的煤散料堆积，这会使得运输阻力增加，严重时可能引发链条断裂。（5）煤矿刮板运输机的电机异常，工作过程中，可能会有机头机尾驱动电机所需电压供给不足的情况，所承受载荷忽高忽低，或者电机本身存在异常，导致电机过热，最终导致短路等异常问题出现，进一步就会造成飘链，严重时甚至会出现链条断裂。当双链刮板输送机上某两段刮板间其中一根链条突然断裂后，只剩一条刮板链起到连接牵引的作用，此时断链两端的刮板受力严重不均匀，顺势发生偏移。往往这种情况下如果不及时的停机，就会导致另一侧承受拉力过大而断裂，以传递方向为前方，在断链处后方的链条会因为失去牵引力而堆积在一块，与此同时断链处前方的链条因为瞬间缺少后方负载而在前方电机继续工作的状态下继续运动，另外一根链条则会因为承受张力过大而断链，刮板链条断裂过程如图1.4所示：图1.4刮板链条断裂过程示意图Figure1.14Schematicdiagramofthebreakingprocessofthescraperchain对刮板输送机发生断链故障时异常载荷模拟有以下三种方式： （1.3）同理，在有限元仿真过程中，对断链的模拟不考虑单侧断链，直接对整个离散单元断链进行模拟。1.2链轮多边形效应引起的动载荷分析1.2.1链传动系统运动学啮合分析链传动系统通过链轮与各个链环逐一进行啮合，从而实现将链轮的旋转运动转换为链条的直线运行，啮合过程如图1.5所示，可以分为三个啮合阶段：图1.5链轮与链环的啮合过程分析Figure1.5Meshingprocessanasysofsprocketandchainlink第一阶段如图1.5a，沿着链轮旋转方向，从平环3前端圆弧曲面接触链窝时开始至后端圆弧曲面与链轮齿廓曲面向接触为止，这个过程中，平环3与前一个立环接触处发生滚动和滑动，平环3的受力主要有前一立环对其的牵引力、后一立环施加的运行阻力、链窝平面产生的接触反力、前端圆弧曲面在链窝处滑动产生的摩擦力。第二阶段如图1.5b，从平环3后端圆弧曲面与链轮齿廓曲面接触时开始至前端圆弧与链窝的接触力减为0时为止，此时平环3的受力增加了后端圆弧曲面与链轮轮齿之间的接触力。第三阶段如图1.5c，从平环3前端圆弧与链窝的接触力减为0时开始至平环1前端圆弧曲面接触链窝时为止，这一阶段中与平环3连接的两立环对其作用力依然存在，前端圆弧曲面与链窝平面接触力和摩擦力为0。圆环链与链轮如此循环往复的啮合接触，最终完成整个系统的运动及动力的传递。由于加工误差或者使用过程中的磨损都会导致链轮处链条节距增大，从而使得啮合过程中链环与链窝不能完好的贴合在一起，会产生倾角，造成啮入的平环前端圆弧面与链窝底平面接触，而后端圆弧面则与链轮齿的工作面齿廓接触，使链传动过程出现不平稳的现象。1.2.2多边形效应机理分析但是由于链轮轮齿的数量是有限的，而链条的速度是恒定的，从而啮合过程中，啮合瞬间链条速度会受到波动，进而造成刮板链条的抖动，这种影响刮板输送机运行稳定的现象称为多边形效应。对于刮板输送机这种长距重载的运输设备来说，相对于多边形效应造成的影响，局部的啮合过程产生的冲击对于刮板输送机整机的稳定性造成的影响则是弱了许多，而且这种对比也与刮板的长度呈正相关。由于多边形效应会影响链传动系统的稳定性，所以有必要对其展开分析，图1.6为输送机驱动链轮与链环的啮合模型。图1.6刮板输送机链轮与链环的啮合模型Figure1.6Meshingmodelofchainwheelandlinkofscraperconveyor图中，为链轮节圆直径，为任一链环对应的链轮圆心角，，z为链轮齿数，为链环与链轮初始啮合时，啮合点与过链轮中心垂直方向的夹角，同时也是从啮合点沿着驱动链轮相切的方向所得速度与水平方向的夹角，啮合过程中该角度用表示。链轮由驱动系统驱动，所以当链轮转速恒定，以匀速转动时，啮合点轮齿以及链环的圆周速度速度为： （1.4）于是，链条的运行速度可以表示为： （1.5）由式（1.5）可知，在链轮匀速转动的情况下，刮板链的速度是随时间变化的，当转动到链环对应圆心角为时，刮板链速度最小，当转动到链环对应圆心角为时，刮板链速度最大。由于链条速度不为恒定值，所以链条在运行过程中时刻伴随着加速度，链条加速度可由式（1.6）计算： （1.6）由式（1.6）可知，链条加速度也是不断变化的，其范围为： 图1.7为啮合过程中，链条速度与加速度的的关系变化示意图。图1.7链轮链环啮合过程中刮板链速度、加速度变化示意图Figure1.7Speedandaccelerationvariationofscraperchainintheprocessofsprocketlinkengagement根据图1.6中链轮几何关系可知： （1.7）可得输送机在工作过程中刮板链的加速度的最大值为： （1.8）由上式可看出，圆环链的节距和驱动链轮转速都会影响到链条加速度的大小，驱动链轮处链条节距越大，链轮转速越大，链条最大加速度越大，在链轮转动过程中，链环交替进入啮合和推出啮合，产生周期性动载荷，使链条的速度和链条竖直方向的位置产生波动，从而使输送机运行的稳定性受到影响。1.1.2刮板输送机运行过程中的动载荷分析经过以上分析，刮板输送机运行过程中存在一下几种形式的动载荷：（1）输送机在起动过程、制动过程中链传动系统中存在的动载荷刮板输送机在起动过程、制动过程中链条上存在动载荷，当输送机出现故障停机检查完毕后，输送机运送的煤散料仍在中部槽内，再次起机的瞬间则会产生很大的冲击动载荷，此时，链条中动载荷计算如下： （1.9）式中，——电机输出轴的质量折算，kg；——驱动轮节圆直径，m；——；————（2）链传动过程中产生的动载荷链传动过程中链条速度的波动情况较为明显，会存在动载荷，设刮板输送机链条运行速度为v，则由链条运行速度变化引起的动载荷可由下式计算： （1.10）式中，——；——————。（3）物料冲击引起动载荷物料冲击问题，瞬态发生且伴随较大的冲击力，冲击动载荷常伴随煤壁片帮或者截落大块煤掉落产生冲击等现象出现，令为冲击角度在内弹塑性阶段的最大接触力。可得刮板输送机运行过程中的动载荷为： （1.11）1.3物料分布对刮板输送机偏置载荷的影响分析刮板输送机负责将采煤机截割下的煤料运输到机尾，但由于综采工作面高度和不同以及煤层属性差异大，使得刮板输送机在与采煤机配合装煤的过程中，会时常受到散落煤矸的冲击，加上采煤机装满方式的不同，煤快落在刮板输送机上的位置不同，造成输送机中部槽上的煤料分布出现不均匀的情况，煤料的不均匀分布会使得刮板及链条受到的载荷也不均匀，出现偏置载荷。本节主要结合采煤机不同的工作方式，研究不同装煤方式下对输送机中部槽上的煤料分布特点及其对输送机产生的偏置载荷分析。1.1.1采煤机装煤机理目前我国综采工作面采煤机装煤方式主要有抛射装煤和堆挤装煤两种，以下分别对两种装煤方式的工作过程进行分析：（1）抛射装煤机理所谓抛射装煤，是利用采煤机的螺旋滚筒在切线方向的速度将截割下的煤从滚筒内抛向刮板输送机的一种方式，此时滚筒的旋转方向相对采煤机的前进方向是顺时针转的，当采用该方式装煤时，根据煤料在滚筒内的运动方式不同，将滚筒分为图1.8所示的三个输送区域，A区的落煤料在滚筒的旋转作用下被水平抛出，落到滚筒后方采煤机的地板上；B区截落的煤散料在重力和轴向力作用下逐渐堆积至C区；C区自身截落的煤料较少，但B区堆落至此的煤量最多，最终被装载到输送机中部槽上。抛煤装煤作用形式如图1.9所示，煤料被抛射的水平距离Y由煤块颗粒从螺旋滚筒抛射的起始位置和初始速度决定，严格来讲与煤块位置、重量、滚筒转速、周围颗粒的作用、滚筒填充系数都有关系，所以煤料落在刮板输送机上的位置是不确定的，文献对此做了详细分析并对抛射距离Y的理论计算公示进行了推导，需要时可查阅公式进行求解。图1.8滚筒区域划分图1.9滚筒抛射装煤Figure1.8DrumareadivisionFigure1.9Schematicdiagramofdrumthrowingandloadingcoal（2）推挤装煤机理推挤装满作用形式如图1.10所示，是利用滚筒倾斜叶片的轴向推移作用，将截割下的煤料推移到刮板输送机的一种装煤方式，此时滚筒相对采煤机的运行方向是顺时针转的，通常可认为在这种装煤方式下，刮板输送机上的煤料的呈均匀分布的状态、图1.10采煤机的滚筒推挤装煤方式Figure1.10Coalloadingprocessofshearerdrumpushing通过对采煤机两种装煤原理的分析可知，采用抛射装煤方式时，煤料主要落在输送机远离工作面煤壁的一侧，而采用推挤装煤方式时煤料主要落在刮板输送机上挨近工作面煤壁的一侧，可见，两种不同的装煤方式下，加上工作面的不确定性，刮板输送机容易因一侧煤料过多而引起偏置载荷。目前综采工作面采煤机多设计为双螺旋滚筒，可进行双向往复式开采，且两端螺旋滚筒按照相反的旋转方向进行采煤，且针对煤层高低、薄厚不同前后滚筒的旋向不同。1.1.2偏置载荷下物料运行阻力分析在1.1.1中分析了采煤机不同的装煤方式对刮板输送