煤礦用刮板輸送機設計對比與分析

張鵬飛

摘 要：對國際上兩種主流機型的刮板輸送機進行全面的比較，分析兩者在結構型式、技術性能和實際使用效果的差別，供國內廣大煤礦用戶和設備生產企業(yè)參考借鑒。

關鍵詞：刮板輸送機中部槽；軟啟動；刮板鏈

美國JOY公司和德國DBT公司（現(xiàn)已被美國卡特公司收購）是國際上最大的兩家綜采設備制造企業(yè)，不僅能夠為用戶提供成套的高端技術裝備，在新產品的研發(fā)方面更是有著豐富的經驗和深厚的技術儲備。兩家公司的刮板輸送機在結構特征存在很大差異，但在使用中都有非常出色的表現(xiàn)，經受住了煤礦嚴酷工作條件的考驗，現(xiàn)對兩家的刮板輸送機產品進行比較，分析各自的特色與優(yōu)勢，供國內廣大煤礦用戶和設備生產企業(yè)借鑒。

1 中部槽

中部槽構成刮板輸送機的軀干，占到整機重量的50%以上，中部槽壽命是衡量設備壽命的重要指標。JOY和DBT兩家公司的中部槽有存在顯著差異。

德國DBT公司采用傳統(tǒng)的“軋制-焊接結構”：槽幫采用軋制成形，中底板先與左右擋板焊接，再焊接鏟板、啞鈴聯(lián)接座、推移耳、彎板和軌座等其它零部件。軋制槽幫和相關鍛件有非常高的強度、韌性和尺寸精度，材料的內在缺陷少，采用機器人自動焊接，焊接質量得到有效保證。

DBT公司中部槽分為主槽體和上溜槽兩部分：上溜槽結構簡單，主要承擔刮板運行和煤輸送過程的磨損，強度要求低，可采用耐磨的材料，槽體磨損后可方便更換；結構復雜的主槽體主要是確保強度，采用強度高、韌性好、焊接性能好的材料組焊而成，可多次重復利用，降低設備使用費用，PF5中部槽上溜槽中板厚度30mm，主槽體中板厚度25mm，上溜槽過煤量可達到2000萬噸，主槽體的過煤壽命可達到4000萬噸。

軋焊式中部槽的缺點在于槽幫的尺寸變化比較困難：由于槽幫軋制過程中軋輥流水線的工藝調整復雜，同規(guī)格槽幫軋制需要有一定批量，因此生產靈活性差，應用受到很大限制。軋焊式中部槽焊道多，對焊接質量要求非常嚴格。這些因素限制了軋焊式中部槽在國內的推廣應用。

JOY公司于20世紀80年代末開發(fā)成功鑄焊式結構中部槽：中部槽分為鏟板槽幫、擋板槽幫、中板、底板、彎板、軌座共六部分，與軋焊式中部槽比較，零件數(shù)量大幅減少，焊接工作量和焊接復雜程度與難度顯著降低，槽幫采用模型鑄造工藝，便于利用鑄造成型過程中的金屬流動性形成復雜的形狀，更好的承擔各種復雜的工作載荷，避免局部的應力集中。

目前槽幫材料通常采用ZG30MnSi，高性能槽幫還加入Mo等合金元素，采用調質處理，具有較高的強度、韌性和耐磨性，抗拉強度達到600～900Mpa，表面硬度HB240～280。中部槽中底板采用高強度耐磨鋼，槽幫與中底板聯(lián)接的焊縫采用熔透焊接方式，強度完全能夠與母材匹配，具有很好的韌性，鑄焊式中部槽的壽命和可靠性顯著提高，1000mm槽寬中部槽中板厚度40mm，過煤量壽命達到2500萬噸時，中板磨損量不到20mm。

單件槽幫的重量200～600kg，采用模具鑄造，生產工藝簡單，不受生產批量限制，根據煤礦的地質條件和綜采工作面設備配套具體要求可靈活調整槽幫的形狀與尺寸。由于鑄焊式中部槽的生產方式靈活，生產工藝簡單，因此被國內外刮板輸送機生產廠家廣泛采用，同時得到廣大用戶的認可。

2 驅動系統(tǒng)

由于受工況的影響，刮板輸送機經常性重載啟動，同時長運距刮板輸送機通常采用機頭尾雙電機驅動或3臺電機驅動，電機出力容易產生不均衡，因此刮板輸送機啟動困難，容易對傳動系統(tǒng)和鏈條產生應力沖擊，嚴重時會導致鏈條的斷裂或電機的燒毀，大功率刮板輸送機通常采用軟起動裝置。

德國DBT公司采用CST可控軟啟動裝置，摩擦離合器布置在減速器輸出端的行星架與箱體之間，有獨立的高壓自動供液系統(tǒng)調整動靜摩擦片之間的壓力，可對減速器輸出扭矩的精確控制，實現(xiàn)軟啟動和多電機驅動的功率平衡；CST離合器對負載變化的響應快，一旦鏈條發(fā)生刮卡，離合器幾毫秒內就會打開，電動機和減速箱高速旋轉的轉動慣量不會通過輸送機鏈輪作用到鏈條上，能夠實現(xiàn)有效的過載保護，延長鏈條使用壽命，提高整機運行可靠性。實踐證明相似機型的刮板輸送機，DBT的刮板輸送機鏈條斷裂次數(shù)少，使用壽命長。CST的缺點在于內部結構和控制系統(tǒng)復雜，制造精度要求高，摩擦片對潤滑油的油質要求較高，因此價格昂貴，日常維護難度大，維修成本高。

JOY公司軟啟動采取的是液力傳動技術，使用清水作為傳動介質，偶合器布置在減速器和電機之間：電機啟動前先將液力偶合器內腔的液體排空，電機空載啟動，達到額定轉速后，閥控供液系統(tǒng)開始對偶合器內腔快速供液，大概用20秒時間完成充液過程，刮板輸送機完成啟動過程，進入正常工作運行狀態(tài)。設備運行過程，閥控供液系統(tǒng)通過檢測水溫度的變化，按照程序設定自動排液與充液，注入冷水，排出熱水，將偶合器內腔的水溫控制在50℃以下，避免水的高溫結垢等對閥控充液系統(tǒng)的影響。

由于自身的工作特性要求，閥控充液型液力偶合器要求供水流量≥150L/min，動態(tài)壓力在0.4～1.2Mpa之間，同時對水質都有一定的要求，水質差容易引起供液控制閥的結垢。在實際使用過程中，由于供水條件不能完全滿足要求，導致充液閥結垢堵塞的問題還是無法避免，閥控充液型液力偶合器日常維護工作量大，工作可靠性受到一定的影響。

2009年，JOY公司供神東的刮板輸送機采用一體式變頻電機驅動，實現(xiàn)了設備的軟起動與功率平衡功能。與閥控充液型液力偶合器相比，變頻電機驅動的優(yōu)勢在于水僅作為電機工作的冷卻介質，不參與傳動過程，對流量和水質的要求降低，水流量大于30L/min，壓力≥0.4MPa就能夠滿足設備使用要求。變頻電機自身有非常完善的故障診斷和保護系統(tǒng)，日常維護量少，使用可靠性顯著提高，電機的理論使用壽命達到15年，使用36000小時后進行維修，僅需更換軸承和密封和少量電子元件，維修費用僅相當于整機的15%，雖然變頻驅動電機的初期采購價格高，但后續(xù)維護和維修費用低，因此有很強的競爭力，目前變頻驅動在刮板輸送機應用越來越多。

刮板輸送機通常是針對某一特定的工況設計，通常按最大運量的要求設定鏈速，但由于工作面實際條件的差異，運量會有非常大的差異，在實際運量小的時候，需要將鏈速降低以減少鏈條、鏈輪的磨損，減少能耗，這是CST和閥控充液型液力偶合器等其他軟啟動方式不能實現(xiàn)的，而變頻驅動可實現(xiàn)恒扭矩的長期低速驅動，機械效率卻沒有明顯變化，根據負載變化實現(xiàn)鏈速的自動調節(jié)對于刮板輸送機的節(jié)能降耗有重要的意義，因此，變頻技術在刮板輸送機上的應用有廣闊的前景。

3 刮板鏈

刮板鏈是刮板輸送機最薄弱的環(huán)節(jié)。據統(tǒng)計，刮板輸送機60%以上的事故停機發(fā)生在刮板鏈部位，同時刮板和鏈環(huán)的數(shù)量多，出現(xiàn)問題的位置也不確定，日常檢修困難。刮板鏈發(fā)生故障時，需要對運載的煤進行清理，斷鏈發(fā)生在下溜槽時，處理更加困難，經常會造成長時間停機，對生產影響非常大。

由于輸送機推移造成輸送機的彎曲，以及底板的起伏造成中部槽的錯口，以及煤和矸石的影響，刮板在運行中經常性的發(fā)生刮卡。由于結構的影響，與圓環(huán)鏈立環(huán)接觸的部位是刮板最薄弱的環(huán)節(jié)：對于Φ48X152標準規(guī)格的鏈條，兩個立環(huán)之間的間隙只有56mm，考慮到預留適當?shù)拈g隙，刮板的寬度只有46mm，由于使用的磨損，強度會進一步降低，使用中如果發(fā)生比較嚴重的刮卡，刮板就非常容易在該部位發(fā)生彎曲，嚴重時會導致刮板的斷裂，如果不能及時發(fā)現(xiàn)，會進一步引起鏈條的斷裂，造成嚴重的停機事故。

德國DBT公司刮板輸送機采用的是變節(jié)距鏈條，將常規(guī)的Φ48的鏈條的平環(huán)和立環(huán)節(jié)距重新分配，將兩個152mm分為160mm和144mm，鏈條的平環(huán)加長8mm變?yōu)?60mm，立環(huán)相應縮短8mm變?yōu)?44mm。這樣做的優(yōu)點在于與鏈條平環(huán)配合的刮板斷面可以增加8mm，刮板的抗彎強度相應提高了37%，在實際使用中取得良好的效果。同時DBT公司刮板輸送機的鏈條為Φ48X160/144，鏈條節(jié)距的平均值依然是152mm，相應鏈輪的外徑尺寸保持不變。

1.立環(huán)；2.刮板；3.平環(huán)

圖7 刮板與立環(huán)的配合

4 結束語

兩家公司的刮板輸送機在結構和技術上都有各自的優(yōu)勢，希望以上的分析和對比，能對國內廣大煤礦用戶的設備選型和設備生產企業(yè)制造刮板輸送機有所借鑒，加快核心技術與關鍵元部件的研發(fā)，進一步提高產品可靠性和自動化程度，滿足國內煤礦高產高效發(fā)展的需要。