采面刮板輸送機優(yōu)化設計與應用實踐研究

摘 要：32206采面斜長達到268m，現(xiàn)有的刮板輸送機功率較小，難以滿足生產(chǎn)需要，為此提出采用多種群遺傳算法對刮板輸送機中部槽回轉(zhuǎn)角進行優(yōu)化設計，通過優(yōu)選最佳回轉(zhuǎn)角達到降低刮板鏈運行阻力目的，從而降低刮板輸送機運行載荷。將回轉(zhuǎn)角由原由1°優(yōu)化成40′后，刮板輸送機整體運行載荷降低約8%，在一定程度上降低了電動機、減速器等設備運行負載。現(xiàn)場應用后，刮板輸送機未出現(xiàn)超載頻繁停機問題，可滿足32206采面煤炭運輸需要，優(yōu)化設計取得顯著效果。

關(guān)鍵詞：刮板輸送機;中部槽;回轉(zhuǎn)角;載荷

山西某礦32206采面位于32采區(qū)北翼，主采2號煤層，采面南側(cè)為已回采完畢的32204采面采空區(qū)、北側(cè)為圈定的32208采面（回采巷道已完成掘進）、東側(cè)為采區(qū)邊界煤柱、西側(cè)為采區(qū)軌道、運輸上山。32206采面設計走向長690m、斜向268m，受到地質(zhì)構(gòu)造影響采面局部區(qū)域煤體破碎、容易出現(xiàn)頂板冒落、煤壁片幫。由于采面斜長達到268m，對現(xiàn)場布置的刮板輸送機運行性能有較高要求。根據(jù)采面生產(chǎn)實際情況，刮板輸送機中部槽寬度應在1000mm以上，電動機功率應能達到1000kW，方可滿足現(xiàn)場運輸需要，因此，相關(guān)設計咨詢單位建議采用型號SGZ1000/1400刮板輸送機，若采用該型號刮板輸送機則采煤機、液壓支架等均應更換，會顯著增加礦井經(jīng)濟負擔。為此，礦井決定對現(xiàn)有的SGZ800/800窄槽刮板輸送機進行優(yōu)化改進設計，以期能滿足采面生產(chǎn)需要。

1 刮板輸送機運行中存在問題分析

在32206采面采用SGZ800/800窄槽刮板輸送機使用過程中存在問題主要為[1]：①刮板輸送機運輸能力不足，配套使用的電動機輸出功率較小，不能滿足采面煤炭運輸需要;②由于刮板輸送機布置距離較長（具體達到272m），運行過程中產(chǎn)生的工作阻力較大，運輸效率較低;③刮板輸送機若處于重載時則啟動較為困難，容易出現(xiàn)壓溜問題;④刮板輸送機在使用過程中存在明顯的沖擊問題，容易造成刮板鏈斷裂，給刮板輸送機后續(xù)正常使用帶來不利影響;⑤刮板輸送機在使用過程中減速器、電動機等設備常處于超負荷運行，會增加設備運行溫度、增加設備故障率及降低使用壽命。

以上運行過程中存在問題若不能得到有效解決勢必會產(chǎn)生如下后果：刮板輸送機會頻繁的停機保護，無法確保采面正?；夭?電動機、減速器等設備需要頻繁進行維護甚至更換;刮板中部槽、刮板鏈等零部件損耗量顯著增加。因此，需要對刮板輸送機進行針對性優(yōu)化設計，確保刮板輸送機可滿足現(xiàn)場使用需要。

2 刮板輸送機中部槽受力分析

刮板輸送機空載狀態(tài)時消耗的功率約為總功率的30%，設備運行時需要克服的工作阻力主要為刮板鏈、煤矸石等在刮板槽內(nèi)移動阻力;刮板鏈在空回段移動阻力;刮板鏈在機頭、機尾處阻力;刮板鏈傳動裝置運行阻力以及刮板機中部槽在彎曲段給刮板鏈產(chǎn)生的側(cè)向阻力。其中刮板輸送機運輸煤矸時的阻力是刮板輸送機運行時主要阻力，當刮板輸送機彎曲度過大時會增加刮板輸送機阻力。 刮板輸送機在運行過程中會產(chǎn)生彎曲。

在刮板輸送機運行過程中需要隨著采煤機回采推移，從而在水平方向形成移動的弧度，弧度大小會直接影響刮板鏈與中部槽幫間摩擦力。具體有一定弧度的刮板輸送機見圖1所示。

從圖1看出，在刮板輸送機運行環(huán)境保持不變情況下，刮板輸送機兩臨近刮板槽間回轉(zhuǎn)角α'越大，則刮板鏈與中部槽幫間摩擦阻力越大，工作阻力消耗的刮板輸送機功率越多。在刮板輸送機總負載、刮板鏈摩擦系數(shù)不變時，兩臨近刮板槽間回轉(zhuǎn)角α'是影響刮板輸送機負載關(guān)鍵以上，選擇合理的回轉(zhuǎn)角α'可在一定程度上降低刮板輸送機運行負載并降低刮板鏈、中部槽等部件磨耗。

3 刮板輸送機優(yōu)化設計

文中基于多種群遺傳算法對刮板輸送機中部槽間回轉(zhuǎn)角α'進行優(yōu)化，降低刮板輸送機負載。根據(jù)以往研究成果，采用MPGA、SGA兩種遺傳算法對刮板輸送機中部槽回轉(zhuǎn)角α'二元函數(shù)（公式1）進行求值，（下轉(zhuǎn)第197頁）（上接第195頁）具體計算結(jié)果見表1、表2。

通過對比表1、2，采用MPGA遺傳算法時獲取到的求值結(jié)果更為穩(wěn)定，文中采用MPGA（多種群遺傳算法）來替代SGA（標準遺傳算法）對刮板機中部槽間回轉(zhuǎn)角α'進行優(yōu)化，最終確定α'取值為40′時刮板機摩擦阻力、設備磨耗等最小，且該角度彎曲的中部槽數(shù)量合適，不會給采面正常生產(chǎn)帶來不利影響。

4 現(xiàn)場應用分析

4.1 運行效果

將刮板輸送機中部槽間回轉(zhuǎn)角α'由1.0°優(yōu)化至40′后，通過對刮板輸送機結(jié)構(gòu)進行簡單改造后在32206采面現(xiàn)場應用，截止到2020年6月，優(yōu)化后的刮板輸送機已平穩(wěn)運行超過3個月，采面日平均進尺為1270mm、刮板輸送機日運輸量約為3300t。SGZ800/800刮板輸送機運行狀態(tài)平穩(wěn)，中部槽、刮板鏈等設備均無異常磨耗，對刮板輸送機優(yōu)化設計后輸送機在運行過程中負載得以顯著降低，從而在一定程度上降低電動機、減速器等設備負載，優(yōu)化設計后的刮板輸送機可滿足32206超長工作面回采需要。

4.2 經(jīng)濟效益

4.2.1 降低采面綜采設備投入

若將采面刮板輸送機更為SGZ1000/1050型刮板輸送機按照272m長度布置則需要投入約2050萬元，而對SGZ800/

800刮板輸送機優(yōu)化設計后投入僅需1300萬元，可降低刮板輸送機投入約750萬元。同時采用SGZ800/800刮板輸送機時由于礦井已配備有大量的配件，在配件更新、維護方面投入也較小;采用SGZ1000/1050型刮板輸送機時所有的零配件均需另外購置。

4.2.2 降低電能消耗

對刮板輸送機進行優(yōu)化設計后，刮板輸送機運行過程中受到的載荷降低達到8%以上，綜合電能消耗減低約為6%，每月可降低電費投入約1.3萬元。

5 總結(jié)

①對32206采面采用SGZ800/800刮板輸送機使用時存在的問題進行分析，主要問題是電動機、減速器頻繁超載，從而制約該刮板輸送機在采面使用;②對刮板輸送機運行過程中受力情況分析發(fā)現(xiàn)，通過優(yōu)化刮板輸送機中部槽間回轉(zhuǎn)角可在一定程度上降低刮板輸送機運行負載，從而降低電動機、減速器載荷;③采用多種群遺傳算法對中部槽間回轉(zhuǎn)角進行優(yōu)化，最終將回轉(zhuǎn)角1°優(yōu)化至44′，優(yōu)化后的刮板輸送機總體載荷降低約8%，可在一定程度上降低電動機、減速器載荷，確保刮板輸送機在采面平穩(wěn)運行。

參考文獻：

[1]張俊杰.關(guān)于SGB4318型刮板輸送機驅(qū)動鏈輪的仿真與優(yōu)化[J].機械管理開發(fā)，2020，35（09）：53-55.

作者簡介：

索紅武（1975- ），男，山西屯留人，1999年7月畢業(yè)于陽泉煤專，煤礦機電專業(yè)，?？疲F(xiàn)為助理工程師。