高可靠性后部刮板輸送機(jī)總體配套技術(shù)研究

劉 毅，孫 權(quán) ，劉混舉

(1.太原理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，山西 太原 030024；2.上榆泉煤礦，山西 河曲 036500)

0 引言

重型刮板輸送機(jī)是綜采設(shè)備的核心組成部分，因其適應(yīng)好、協(xié)作性高以及運(yùn)輸功率大等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。隨著煤礦開采技術(shù)的不斷發(fā)展，如神東等大型煤炭基地400 m工作面的出現(xiàn)，對(duì)刮板輸送機(jī)的要求逐漸提高[1-2]，高性能、高可靠性關(guān)鍵零部件的研發(fā)已成為刮板輸送機(jī)發(fā)展的重點(diǎn)。

針對(duì)14 m～20 m特厚煤層大采高綜放開采放煤量不均衡、沖擊大、含矸量不易掌控、易過載、后部空間小、維護(hù)困難等技術(shù)難點(diǎn)，本文研究了高可靠性綜放工作面后部刮板輸送機(jī)的軟啟動(dòng)過載保護(hù)技術(shù)，并對(duì)其關(guān)鍵部件的研發(fā)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

1 液力偶合器軟啟動(dòng)方式分析研究

閥控充液型液力偶合器軟啟動(dòng)系統(tǒng)是針對(duì)刮板輸送機(jī)的工作特點(diǎn)而研發(fā)的軟啟動(dòng)系統(tǒng)，本文對(duì)閥控偶合器的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了如下改進(jìn)。

1.1 偶合器型腔的設(shè)計(jì)改進(jìn)

放頂煤支架的狹小空間嚴(yán)格限制了工作輪的體積，因?yàn)閮?nèi)部液體流動(dòng)決定了其外部特性，所以偶合器腔型的設(shè)計(jì)決定了偶合器性能的好壞[3]。

將標(biāo)準(zhǔn)桃形腔進(jìn)行如下結(jié)構(gòu)優(yōu)化：將葉輪根部過渡段附近加厚，由直段改為傾斜，其中加厚部分為間隔分布，顯著降低了應(yīng)力集中區(qū)域的幅值，并可保證力矩傳遞能力基本不變，滿足偶合器制動(dòng)工況下的使用要求。

1.2 大流量電磁換向閥組的開發(fā)

偶合器調(diào)控性能受電磁閥組的通流能力及響應(yīng)特性的影響，其性能對(duì)轉(zhuǎn)速、水溫調(diào)節(jié)影響較大。在實(shí)際應(yīng)用中，閥控偶合器閥組內(nèi)部小孔的通暢是保證刮板輸送機(jī)正常運(yùn)行的前提。為此，研制了一種大流量電磁先導(dǎo)換向閥組，組合控制閥塊包括二位二通充液閥、二位三通排液閥(包含膜片和活塞)、流量控制器(8×30 L/min)和2個(gè)本安型電磁線圈，分別控制偶合器的進(jìn)液、介質(zhì)循環(huán)和排液過程等。加工制造的電磁換向閥閥組如圖1所示。3個(gè)閥在閥控偶合器性能試驗(yàn)期間累計(jì)進(jìn)行了3 000多次的開關(guān)動(dòng)作，在閥控偶合器性能試驗(yàn)期間工作正常、動(dòng)作靈敏可靠、性能優(yōu)異，滿足使用要求。

1.3 監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)偶合器在不同工況下的自動(dòng)吸排液，需對(duì)耦合器的相關(guān)參數(shù)實(shí)施狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

根據(jù)偶合器的控制需求，監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是:應(yīng)用監(jiān)控中心通過數(shù)據(jù)通訊集中控制監(jiān)控分站的方式來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控，監(jiān)控系統(tǒng)元件如圖2所示。監(jiān)控中心以數(shù)據(jù)通訊的方式與監(jiān)控分站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和指揮調(diào)度，同時(shí)集中顯示各個(gè)驅(qū)動(dòng)部的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。此外，通過監(jiān)測(cè)電機(jī)電流獲取驅(qū)動(dòng)電機(jī)的啟停、狀態(tài)，根據(jù)預(yù)設(shè)的參數(shù)獨(dú)立控制偶合器的啟動(dòng)、調(diào)速、過熱保護(hù)等。

圖1 電磁換向閥閥組 圖2 監(jiān)控系統(tǒng)元件

2 高可靠性刮板輸送機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)

2.1 無鍵連接與高壓拆裝技術(shù)

閥控充液型液力偶合器扭矩的傳遞采用無鍵聯(lián)接結(jié)構(gòu)[4]，這種無鍵連接結(jié)構(gòu)是首次設(shè)計(jì)并應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)際中的，這款產(chǎn)品在設(shè)計(jì)的過程中并沒有可參照的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求共加工三套傳動(dòng)軸與軸套，對(duì)這三套傳動(dòng)軸和軸套進(jìn)行了三坐標(biāo)測(cè)量，并對(duì)測(cè)量值進(jìn)行分析計(jì)算，計(jì)算后進(jìn)行高壓裝配、臺(tái)架試驗(yàn)、高壓拆卸、測(cè)量分析，之后調(diào)整尺寸參數(shù)，再試驗(yàn)。最終根據(jù)需要傳遞的扭矩確定了傳動(dòng)軸與套過盈配合的尺寸參數(shù)和零件具體的加工工藝方法，為偶合器傳遞大功率的轉(zhuǎn)矩提供了可靠數(shù)據(jù)。

2.2 水冷卻與過濾系統(tǒng)元器件選型

設(shè)計(jì)過濾與冷卻系統(tǒng)可保持閥組內(nèi)先導(dǎo)孔通暢無阻，降低故障率，散發(fā)偶合器在工況運(yùn)行時(shí)由于滑差而產(chǎn)生的熱量[5]。減壓過濾與冷卻系統(tǒng)示意圖如圖3所示，它主要包括一個(gè)減壓過濾系統(tǒng)和一個(gè)冷卻系統(tǒng)。

圖3 減壓過濾與冷卻系統(tǒng)示意圖

2.3 電液控制自動(dòng)伸縮機(jī)尾裝置

本項(xiàng)目試制了自動(dòng)伸縮機(jī)尾控制系統(tǒng)，其由4個(gè)部分組成，包括固定機(jī)尾架、活動(dòng)機(jī)尾架、液壓系統(tǒng)和電器控制系統(tǒng)，如圖4所示。自動(dòng)伸縮機(jī)尾控制系統(tǒng)通電啟動(dòng)后，系統(tǒng)將根據(jù)刮板鏈的張緊程度自動(dòng)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，保證刮板鏈的張緊適度。但在自動(dòng)伸縮機(jī)尾控制系統(tǒng)正式投入使用前需要對(duì)系統(tǒng)的一些參數(shù)重新進(jìn)行設(shè)置。

圖4 輸送機(jī)伸縮機(jī)尾

本次設(shè)計(jì)中采用單液壓設(shè)計(jì)，不會(huì)出現(xiàn)由于導(dǎo)向不良而發(fā)生卡滯的現(xiàn)象。同時(shí)將中板由兩層結(jié)構(gòu)改為三層結(jié)構(gòu)，徹底杜絕了中板翹曲，增加了伸縮機(jī)尾的使用安全性。

2.4 高可靠性鏈傳動(dòng)系統(tǒng)

重載高強(qiáng)度鏈傳動(dòng)系統(tǒng)核心技術(shù)的研究開發(fā)包括以下內(nèi)容：

2.4.1 礦用緊湊型高強(qiáng)度圓環(huán)鏈及其接鏈環(huán)的開發(fā)

礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈制造具有很強(qiáng)的專業(yè)性，為了提高鍛造立環(huán)質(zhì)量，使用了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高強(qiáng)度礦用圓環(huán)鏈專用的特殊原材料及特殊的熱處理技術(shù)，從而使48×152緊湊型高強(qiáng)度圓環(huán)鏈的質(zhì)量達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)水平，破斷強(qiáng)度達(dá)到3 550 kN，疲勞試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)不低于10萬次。

2.4.2 配套高強(qiáng)度鍛造刮板的研制

首次研制了雙向?qū)ΨQ模鍛刮板(如圖5所示)，以滿足刮板輸送機(jī)易安裝、減少刮卡及雙向運(yùn)行的需要。在設(shè)計(jì)中重點(diǎn)考慮了降低和消除應(yīng)力集中部位的最大應(yīng)力值，以保證刮板的強(qiáng)度以及和鏈環(huán)聯(lián)接的可靠性等。刮板的固定采用了E型螺栓的結(jié)構(gòu)形式(如圖6所示)，以增加刮板的聯(lián)接強(qiáng)度。

2.4.3 長壽命驅(qū)動(dòng)鏈輪組件的開發(fā)研制

圖7為鏈輪疲勞壽命預(yù)測(cè)流程，根據(jù)其可對(duì)鏈輪疲勞壽命及表面處理方式進(jìn)行敏感性分析。提高構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的一種方法就是表面處理[6]，不采用表面處理、采用ShotPeened(噴丸)、采用Cold Rolled(冷軋)和采用Nitrided(氮化)表面處理方式的鏈輪最小疲勞壽命分別為110天、189天、623天、3 331天。由此可見，采用適宜的表面處理方式將顯著增加鏈輪的使用壽命。

圖5 雙向?qū)ΨQ鍛造刮板

圖6 刮板鏈的裝配(E型螺栓)

圖7 鏈輪疲勞壽命預(yù)測(cè)流程

3 高可靠性后部刮板輸送機(jī)的試驗(yàn)與應(yīng)用

本課題研究的SGZ1000/2000型綜采工作面后部放刮板輸送機(jī)，裝機(jī)功率和鋪設(shè)長度均為國內(nèi)最大，綜合技術(shù)水平居國內(nèi)領(lǐng)先。在上榆泉煤礦I031001綜放工作面開始工業(yè)性試驗(yàn)，聯(lián)合試運(yùn)轉(zhuǎn)，通過了整體竣工驗(yàn)收，基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的研發(fā)目標(biāo)。在刮板輸送機(jī)運(yùn)行過程中,可完成重載啟動(dòng)和連續(xù)長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn),未發(fā)生大的停機(jī)事故，由后部刮板輸送機(jī)原因造成的停機(jī)時(shí)間累計(jì)僅為7 h。工業(yè)性試驗(yàn)運(yùn)行證明：SGZ1000/2000型放頂煤后部輸送機(jī)的設(shè)計(jì)是合理的,制造質(zhì)量是可靠的，該型輸送機(jī)開發(fā)研制是成功的。

4 結(jié)論

本文對(duì)高可靠性刮板輸送機(jī)的軟啟動(dòng)方式進(jìn)行分析研究，并對(duì)其電液控制自動(dòng)伸縮機(jī)尾、水冷卻及過濾系統(tǒng)、鏈傳動(dòng)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研發(fā)。工業(yè)性試驗(yàn)運(yùn)行證明：所研制的后部輸送機(jī)設(shè)計(jì)、制造合理,運(yùn)行可靠，該型輸送機(jī)開發(fā)研制是成功的。

參考文獻(xiàn)：

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