刮板輸送機(jī)傳動(dòng)裝置的優(yōu)化改造研究

＊謝 婷

（汾西礦業(yè)集團(tuán)技術(shù)中心 山西 032000）

在煤礦開采過程中，刮板輸送機(jī)系統(tǒng)是煤礦開采中的三大采煤設(shè)備之一。刮板輸送機(jī)是煤礦井下開采與運(yùn)輸?shù)闹匾B接設(shè)備，刮板輸送機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性直接影響到整個(gè)采煤工作的效率。刮板輸送機(jī)作為煤礦機(jī)械設(shè)備安裝的基礎(chǔ)部分，直接與液壓支架連接。在掘進(jìn)過程中，刮板輸送機(jī)必須同步完成所有動(dòng)作，以維持采煤的連續(xù)作業(yè)。因此，在煤礦開采作業(yè)過程中，刮板輸送設(shè)備能否保證安全穩(wěn)定的運(yùn)行，直接影響到所有煤礦開采工作的安全性和可靠性。在實(shí)際生產(chǎn)工作中，刮板輸送機(jī)經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生各種故障問題，特別是綜采工作面使用的刮板輸送機(jī)的傳動(dòng)裝置，如液力耦合器、減速機(jī)、制動(dòng)盤、小齒輪等，在使用過程中出現(xiàn)差錯(cuò)的頻率比較高，其故障率占整個(gè)刮板輸送機(jī)設(shè)備的50%以上，直接影響到整個(gè)采煤的效率和穩(wěn)定性。因此,有必要深入分析工作過程中存在問題的刮板輸送機(jī)的傳動(dòng)裝置，并專注于評(píng)估液力耦合器和減速器的合理連接，從而有效地確保刮板輸送機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，提高煤炭開采的效率。

1.刮板輸送機(jī)概述

(1)工作原理

刮板輸送機(jī)的運(yùn)輸效用實(shí)現(xiàn)，依靠的是力學(xué)作用。其刮板鏈條屬于是發(fā)揮牽引作用的組成，能促使整個(gè)設(shè)備進(jìn)行有序的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，其刮板鏈條可拆解、節(jié)數(shù)多，內(nèi)置敞開料槽，用以持續(xù)不斷地輸送散粒物料。刮板輸送機(jī)的內(nèi)部組成相對(duì)復(fù)雜，要求各部分做好協(xié)調(diào)與配合。其工作原理是，依托于減速器、液力耦合器的作用來放大驅(qū)動(dòng)電機(jī)所提供的扭矩，從而形成驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)鏈輪軸，繼而由鏈輪軸形成對(duì)鏈輪的帶動(dòng)力，以轉(zhuǎn)動(dòng)鏈輪，再由鏈輪、鏈條形成嚙合，達(dá)到運(yùn)輸?shù)男ЧＦ渲?，?qū)動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在經(jīng)由鏈輪、鏈條嚙合后，順利轉(zhuǎn)化成了直線運(yùn)動(dòng)。

(2)刮板輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)

刮板輸送機(jī)可細(xì)分為四個(gè)部分：機(jī)頭部、機(jī)尾部、中間部、輔助部分。其機(jī)頭又細(xì)分為機(jī)頭架、驅(qū)動(dòng)鏈輪、重型驅(qū)動(dòng)裝置等。如果是重型刮板機(jī)，其內(nèi)置的驅(qū)動(dòng)裝置一般會(huì)是中雙鏈結(jié)構(gòu)和雙電機(jī)形式；機(jī)尾又細(xì)分為從動(dòng)鏈輪、機(jī)尾架等。其中，一些輸送機(jī)鋪設(shè)長(zhǎng)度很大，其機(jī)尾部有時(shí)也安裝了驅(qū)動(dòng)裝置。中間部是承載輸送物料的主體部分，也是其設(shè)備的結(jié)構(gòu)主體，可細(xì)分為中部槽、刮板、刮板鏈、過渡槽等。其每一節(jié)槽體都是依托于啞鈴銷產(chǎn)生連接，也可存在一定的轉(zhuǎn)角。其輔助部分主要有防滑裝置、緊鏈裝置等。

(3)刮板鏈傳動(dòng)系統(tǒng)的分類

當(dāng)前礦區(qū)的刮板輸送機(jī)應(yīng)用中，最常見的鏈傳動(dòng)系統(tǒng)分類有中單鏈、邊雙鏈、中雙鏈幾種，它們各自有不同的特點(diǎn)和適用性。

中單鏈刮板輸送機(jī)：該類設(shè)備的中心線上僅設(shè)置了一個(gè)鏈條，其鏈條上有固定的間隔，設(shè)置了相應(yīng)的刮板，從而推動(dòng)物料的運(yùn)輸。該類設(shè)備的鏈傳動(dòng)系統(tǒng)較為單一，結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，在中部槽不斷運(yùn)行和循環(huán)時(shí)，鏈條能夠良好地適應(yīng)S形彎曲要求，受力平均。其設(shè)備的不足之處在于功率低、輸送量小，不能配合大型作業(yè)。

邊雙鏈刮板輸送機(jī)：該類設(shè)備是對(duì)單鏈設(shè)備的升級(jí)，顧名思義，其中心線上設(shè)置了兩個(gè)鏈條，且分置于刮板長(zhǎng)度兩側(cè)。這樣的設(shè)計(jì)能夠使輸送機(jī)有效適應(yīng)各種軟硬煤質(zhì)運(yùn)輸。其不足之處在于，容易因物料分布的均衡性差而造成兩鏈條受力不平衡，導(dǎo)致偏載，而其物料輸送至S形彎曲段時(shí)，相應(yīng)的掉鏈、斷鏈、跳鏈等故障也可能出現(xiàn)。

中雙鏈刮板輸送機(jī)：該類設(shè)備相較于前兩種，又進(jìn)行了優(yōu)化，是把兩鏈條以一定間隔為基礎(chǔ)，布置在溜槽中部，不僅鏈條的靈活性好，而且受力均勻、易于彎曲，在運(yùn)輸物料規(guī)模上有更廣泛的適應(yīng)力。

(4)刮板輸送的用途

該設(shè)備能夠在礦區(qū)用于輸送不同類型的物料，是開采工作的得力助手。其主要輸送的是便于流動(dòng)的各類塊狀、顆粒狀、粉末狀的散料，例如煤炭、水泥、石膏、砂子、礦石等，但其輸送的往往是不易磨損、不易破碎的物料，對(duì)脆性物料的輸送很少涉及。

在開采作業(yè)中，當(dāng)井內(nèi)物料被采掘下來之后，需要依靠一定的操作來使物料運(yùn)送出去，繼而才能產(chǎn)生相應(yīng)的使用價(jià)值并創(chuàng)造效益。在傳統(tǒng)的開采作業(yè)中，相關(guān)運(yùn)輸依托于人力較多，效率低，且對(duì)人員的生命安全也缺乏保障；現(xiàn)代的機(jī)械化生產(chǎn)，使采礦作業(yè)獲益匪淺，其物料運(yùn)輸環(huán)節(jié)交給了刮板輸送機(jī)。刮板輸送機(jī)幾乎是礦區(qū)作業(yè)綜采綜合面上的不可或缺的一部分。實(shí)際上，即便是刮板輸送機(jī)得到應(yīng)用，也不能完全做到適應(yīng)井下環(huán)境要求。井下運(yùn)輸較為特殊，其環(huán)境要求是：設(shè)備要在有限斷面的巷道中運(yùn)行；能適應(yīng)水平和傾斜相互交錯(cuò)的線路；能夠滿足多樣化的物料運(yùn)輸；方便進(jìn)行移動(dòng)換位，因?yàn)檠b載點(diǎn)變更頻繁，而且一些線路也需經(jīng)?？s短或延長(zhǎng)；可以配合開采工作的連續(xù)作業(yè)，工作效率高；能夠適應(yīng)潮濕環(huán)境，不懼煙塵、沼氣等。刮板輸送機(jī)要在運(yùn)行時(shí)，同時(shí)承受腐蝕、摩擦、沖擊、拉、壓、彎折等外力作用，其考驗(yàn)巨大。所以，相關(guān)機(jī)械設(shè)備需要具備較強(qiáng)的硬度、抗腐蝕性、抗磨損性。就目前而言，利用刮板輸送機(jī)運(yùn)輸物料，已是最優(yōu)選擇。為了使其設(shè)備的可應(yīng)用價(jià)值更大，需要在強(qiáng)度上、結(jié)構(gòu)上，乃至工藝上持續(xù)地做出改進(jìn)，以升級(jí)其性能。由此，對(duì)刮板輸送機(jī)傳動(dòng)裝置的問題進(jìn)行剖析，也將是升級(jí)改造的關(guān)鍵步驟之一。

2.刮板輸送機(jī)傳動(dòng)裝置主要問題及優(yōu)化策略

(1)液力耦合器存在的主要問題及改進(jìn)方法

①液力耦合器問題

在煤礦開采過程中，刮板輸送機(jī)重載啟動(dòng)是最常見的現(xiàn)象之一，刮板輸送機(jī)的電機(jī)系統(tǒng)必須保證系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定，電機(jī)與減速器之間的扭矩傳遞，設(shè)備必須按照液壓離合器進(jìn)行處理。液力耦合器能保證電機(jī)與減速機(jī)之間的動(dòng)力平穩(wěn)傳遞，起動(dòng)過程中電氣設(shè)備能處于類似于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，具有較高的過載保護(hù)功能，效果良好。刮板輸送機(jī)的頻繁啟動(dòng)或積極和消極的輸送轉(zhuǎn)換過程將導(dǎo)致液壓離合器系統(tǒng)體溫度的增加。在一些明火的情況下，很容易發(fā)生火災(zāi)事故，嚴(yán)重的情況下，會(huì)危及整個(gè)公司的安全生產(chǎn)。減速器輸入軸在長(zhǎng)期轉(zhuǎn)動(dòng)過程中磨損稀釋嚴(yán)重，輸入軸錐齒輪和第二軸錐齒輪的磨損進(jìn)一步增大。這種磨損問題導(dǎo)致減速器軸在運(yùn)行過程中出現(xiàn)切換問題，增加了液壓離合器與減速器連接軸的磨損程度，損壞了液壓離合器。刮板輸送機(jī)傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 刮板輸送機(jī)傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

液力耦合器與電機(jī)、減速器連接，相互協(xié)調(diào)工作。一旦發(fā)生故障，拆裝工作相對(duì)困難，后續(xù)維護(hù)工作耗時(shí)較長(zhǎng)，完全拆卸液壓離合器需要3～5人同步工作。

(2)解決措施

隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，可以選擇一種新型的液壓離合器來控制這些問題，通過與原液壓離合器設(shè)備的對(duì)比分析，新型液壓離合器具有較大的長(zhǎng)度和電機(jī)與液壓離合器的連接方式，有效地將原分體式液壓離合器改進(jìn)為螺旋強(qiáng)化一體化液壓離合器。減速機(jī)輸入端裝有聯(lián)軸器，半聯(lián)軸器通過高強(qiáng)度螺釘直接固定在聯(lián)軸器的螺旋箱結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)工作過程中的轉(zhuǎn)矩傳遞。拆卸這種新型液壓離合器設(shè)備時(shí)，只需直接拆卸電機(jī)和連接蓋，并拆卸液壓離合器主轉(zhuǎn)臺(tái)箱的結(jié)構(gòu)部分。在拆卸遠(yuǎn)程連接工位與電機(jī)、液壓離合器之間的高強(qiáng)度螺栓后，即可完成后續(xù)的液壓聯(lián)軸器的拆卸。這種新型液壓離合器強(qiáng)度高，不易損壞，同時(shí)設(shè)備拆卸時(shí)間短，無需大量人員即可完成整個(gè)操作。通過維修，我們可以有效地預(yù)防大量的人力和時(shí)間的浪費(fèi)。

3.減速器存在的問題及改進(jìn)工作策略

(1)減速器存在的問題

減速器輸入軸是減速器與液力聯(lián)軸器之間的重要連接裝置。輸入軸的穩(wěn)定性和安全性直接影響到整個(gè)電機(jī)功率輸出的穩(wěn)定性和功率轉(zhuǎn)換的程度。現(xiàn)階段，我國煤礦企業(yè)使用的減徑裝置通常以國內(nèi)生產(chǎn)為主，減速機(jī)的輸入機(jī)構(gòu)單元經(jīng)常會(huì)引起各種各樣的問題，如高速軸的溫度超過標(biāo)準(zhǔn)極限，系統(tǒng)運(yùn)行過程中高速軸承明顯損壞等。由于井下工作空間相對(duì)較小，維護(hù)難度較大，必須對(duì)傳動(dòng)裝置的運(yùn)行安全進(jìn)行有效控制。

輸入軸的具體結(jié)構(gòu)是利用傳動(dòng)軸的左端作為單柱，滾子軸承與系統(tǒng)中的四點(diǎn)角接觸球軸承連接，形成固定部分。在系統(tǒng)的工作過程中，主要控制輸入軸形成的徑向力和軸向力。速度軸的右端是調(diào)心滾子軸承作為浮動(dòng)端。從理論上講，自調(diào)心滾子軸承在使用過程中只承受徑向力的作用和影響。因此，在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中，為了實(shí)現(xiàn)徑向力的有效調(diào)節(jié)和控制，必須使用調(diào)心滾子軸承。然而，在實(shí)際生產(chǎn)工作中，小載荷的調(diào)心滾子軸承往往容易出現(xiàn)一些問題。浮端主要用于補(bǔ)償熱膨脹。軸承和軸承的材料是不同的，所以兩種材料在工作過程中的吸熱程度也有明顯的不同，而且在實(shí)際工作中產(chǎn)生的熱量也很大。如果軸承不能浮動(dòng)，軸承的結(jié)構(gòu)部分容易鎖緊。

然而，現(xiàn)階段我國刮板輸送機(jī)系統(tǒng)減速機(jī)的生產(chǎn)加工設(shè)備相對(duì)落后，相關(guān)廠家加工生產(chǎn)的減速機(jī)裝置精度相對(duì)較低。此外，上減速裝置主要為劈殼結(jié)構(gòu)。如果上下殼體的軸承底座孔偏差過大或圓度控制錯(cuò)誤，就會(huì)出現(xiàn)軸承卡死、不動(dòng)等問題。調(diào)心滾子軸承不能承受一側(cè)的徑向力，左側(cè)區(qū)域基本不參與總力。兩側(cè)嚴(yán)重的不均勻應(yīng)力增加了軋輥的撓度，對(duì)保持架造成嚴(yán)重的沖擊影響。

(2)優(yōu)化處理策略

經(jīng)過進(jìn)一步優(yōu)化，浮動(dòng)端采用NU圓柱滾子軸承。軸承外圈兩側(cè)的擋邊形成滾動(dòng)體結(jié)構(gòu)的軸向定位，沒有能保證軸承浮在表面上的擋邊結(jié)構(gòu)。雖然NU圓柱滾子軸承不能對(duì)準(zhǔn)，軸承的剛度比原始芯軸承高得多，這很好地保證了松動(dòng)齒輪的正確嚙合。整體而言，NU型圓柱滾子軸承在減速器浮動(dòng)端的應(yīng)用效果非常明顯，可以有效保證刮板制動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝置的工作安全性和穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)一些安全故障問題。通過花鍵連接表面的有齒數(shù)量較多，同時(shí)接觸面積相對(duì)較大，可以承受較大的負(fù)載沖擊力影響，軸上與轂孔均勻的齒和槽，使得連接受力更加均勻和穩(wěn)定，因?yàn)椴凵疃容^淺齒根位置的受力及重量相對(duì)較小，軸與轂的強(qiáng)度削弱量相對(duì)較少，軸上的零件和軸的對(duì)中性能更好，更加適用于一些精密的機(jī)器及其高速運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備當(dāng)中，導(dǎo)向性更加精確，特別適用于動(dòng)連接定心精度相對(duì)較高，轉(zhuǎn)矩傳遞相對(duì)較大的系統(tǒng)工作條件，同時(shí)工作過程中的平穩(wěn)程度更強(qiáng)。

4.現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用工作效果分析

結(jié)合長(zhǎng)期以來刮板輸送機(jī)工作過程中存在的各種問題，對(duì)刮板輸送機(jī)的傳動(dòng)裝置進(jìn)行了綜合優(yōu)化改進(jìn)，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的使用工作以及進(jìn)行大量現(xiàn)場(chǎng)檢查工作可以得出，相比于以往的傳動(dòng)裝置，在進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)之后的刮板送機(jī)設(shè)備，傳動(dòng)裝置的工作穩(wěn)定性得到了全面提升，同時(shí)還具備更強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)工作適應(yīng)性、整體的安全工作性能得到了全面提高。在實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)當(dāng)中，傳動(dòng)裝置的故障產(chǎn)生概率全面下降，一些比較嚴(yán)重的機(jī)械故障問題得到了全面控制，刮板運(yùn)輸機(jī)設(shè)備的使用周期得到了延長(zhǎng)，可以進(jìn)一步提高煤礦井下綜采工作面的開采工作效率和產(chǎn)量，提高煤礦資源的運(yùn)輸工作效率，實(shí)現(xiàn)煤礦開采工作單位的更高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[5]。調(diào)速啟動(dòng)器設(shè)備，因?yàn)楣ぷ鬟^程中的可靠性更強(qiáng)、操作更加簡(jiǎn)單并且應(yīng)用非常普遍，不但在煤礦綜采工作面當(dāng)中得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)在其他方面的應(yīng)用效果也比較明顯，特別適用于各種負(fù)載重難啟動(dòng)，同時(shí)需要軟起動(dòng)與軟停車的工作環(huán)境下?；ㄦI比平鍵的傳遞扭矩更大，銜接面積更大，承載能力更高，同時(shí)容易拆卸，同軸度和導(dǎo)向性能良好，因此在煤礦刮板輸送機(jī)設(shè)備當(dāng)中應(yīng)用前景非常良好。

5.結(jié)語

綜上所述，通過對(duì)刮板輸送機(jī)設(shè)備的常見故障問題進(jìn)行分析工作之后，專注于優(yōu)化和改善輸送設(shè)備和完全控制刮板輸送機(jī)設(shè)備的故障頻率，這不僅可以減少相關(guān)操作員的勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)投入，也間接地降低運(yùn)營商的錯(cuò)誤率，使整個(gè)刮板輸送機(jī)的運(yùn)行更加穩(wěn)定和可靠，減少各種配件和材料的經(jīng)濟(jì)成本投資，延長(zhǎng)刮板輸送機(jī)的使用壽命，全面提高整個(gè)綜采面的生產(chǎn)效率。