刮板輸送機(jī)中部槽疲勞壽命優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

柴化寧

（西山煤電集團(tuán)設(shè)備租賃分公司，山西 太原 030053）

引言

刮板輸送機(jī)作為煤炭開采過程中的核心綜采設(shè)備，是配合采煤機(jī)、液壓支架等共同作用的。刮板輸送機(jī)的刮板鏈將煤塊輸送至轉(zhuǎn)載機(jī)上。刮板輸送機(jī)不僅僅有運(yùn)輸作用，而且刮板輸送機(jī)也是采煤機(jī)行走的軌道支撐以及液壓支架進(jìn)行移架時(shí)的支撐點(diǎn)[1-2]。隨著煤炭開采深度的加深，煤礦井下所處的環(huán)境越來越惡劣，刮板輸送機(jī)作為主要的核心綜采設(shè)備，其整體的結(jié)構(gòu)性能以及安全可靠性直接影響著煤炭開采的效率。

1 刮板輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)

刮板輸送機(jī)的主要組成部分是由機(jī)頭部分承擔(dān)著整個(gè)裝置的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包含著牽引機(jī)以及傳動(dòng)裝置等組成，中間過渡段是整個(gè)設(shè)備的機(jī)身部分，是整套裝置輸送的支撐機(jī)體。同時(shí)在刮板輸送機(jī)上還設(shè)置有其他的保護(hù)裝置，例如限距器等裝置。機(jī)尾段與機(jī)頭段的組成基本相似，不過在機(jī)尾處加設(shè)了導(dǎo)向體，保證了刮板鏈的鏈輪能夠進(jìn)入到正確的軌道內(nèi)部。刮板輸送機(jī)的整體結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 刮板輸送機(jī)的整體結(jié)構(gòu)圖

2 中部槽結(jié)構(gòu)及存在問題

刮板輸送機(jī)的中部槽結(jié)構(gòu)有很多種，目前使用比較廣泛的有輕型、中型、重型以及超重型[3]。

1）目前應(yīng)用在輕型刮板輸送送機(jī)上的中部槽大多采用的是扎制中板焊接而成的中部槽，由于其材料眾多，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在輕型刮板輸送機(jī)上有較好的應(yīng)用。

2）鑄造拼接式的刮板輸送機(jī)中部槽在中型刮板輸送機(jī)上有較好的應(yīng)用，鑄造體本身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，有著比較好的強(qiáng)度和硬度，在使用過程中能夠有較長(zhǎng)的壽命。

3）隨著鑄造技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在能夠按照需要鑄造出一體式的中部槽，一體式的中部槽由于其生產(chǎn)過程中采用的材料和工藝的不同，使得其在使用過程中的強(qiáng)度和剛度有了大幅度的提升，但是由于造價(jià)相對(duì)較高，僅使用在重型刮板輸送機(jī)上。

刮板輸送機(jī)的中部槽有多種的結(jié)構(gòu)以及生產(chǎn)加工方法，但是在目前使用過程中，刮板輸送機(jī)的中部槽存在著一個(gè)共同的問題就是其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度在長(zhǎng)時(shí)間的使用過程中會(huì)逐漸失效，這就需要對(duì)中部槽的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

3 中部槽的結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析

中部槽在實(shí)際使用過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的問題是槽幫啞鈴窩處發(fā)生疲勞失效，這是中部槽最易損壞的位置之一。對(duì)中部槽的槽幫進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化就是對(duì)中部槽的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，因?yàn)椴蹘褪侵胁坎鄣年P(guān)鍵部件，而槽幫的啞鈴窩處是槽幫處的最為薄弱的環(huán)節(jié)之一，這就需要對(duì)其進(jìn)行加強(qiáng)處理，分散其應(yīng)力集中，增加其強(qiáng)度和剛度。通過在實(shí)際中的使用情況，對(duì)槽幫處進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化如下頁圖2。

圖2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后示意圖

利用ANSYS 軟件對(duì)改變結(jié)構(gòu)前后的模型進(jìn)行應(yīng)力分析。對(duì)模型施加相同的載荷以及邊界條件，得到如下頁圖3 改變結(jié)構(gòu)前的所示的應(yīng)力分布圖和下頁圖4 改變結(jié)構(gòu)后的應(yīng)力分布圖。

圖3 未改變結(jié)構(gòu)時(shí)的應(yīng)力分布圖

圖4 改變結(jié)構(gòu)后的應(yīng)力分布圖

4 結(jié)語

通過對(duì)比能夠發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后的應(yīng)力分布相比未改進(jìn)的應(yīng)力分布更加均勻，尤其在槽幫的上翼板附近能夠明顯觀察到，并且能夠明顯發(fā)現(xiàn)，對(duì)比改進(jìn)部位和未改進(jìn)部位，改變結(jié)構(gòu)的部分發(fā)現(xiàn)上述各參數(shù)測(cè)量誤差都優(yōu)于靜態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)靜態(tài)試驗(yàn)累積誤差的抑制，滿足掘進(jìn)機(jī)實(shí)際工況使用要求。結(jié)合上文的分析，改進(jìn)后的中部槽既能夠滿足生產(chǎn)過程中的正常使用，又能夠延長(zhǎng)其使用壽命，所以對(duì)啞鈴窩處的結(jié)構(gòu)調(diào)整可以在實(shí)際生產(chǎn)中得到應(yīng)用。