選煤廠刮板輸送機鏈傳動系統(tǒng)動態(tài)波動特性的實驗研究

高 龍

（山西晉神能源有限公司， 山西 河曲 036599）

引言

刮板輸送機為煤礦綜采工作面、選煤廠的主要運輸設(shè)備，其傳動性能和安全性直接決定綜采工作面和選煤廠的生產(chǎn)任務(wù)。鏈傳動系統(tǒng)為刮板輸送機的主要系統(tǒng)之一，可以說鏈傳動系統(tǒng)的性能影響現(xiàn)場工作面的安全性和生產(chǎn)效率。實踐表明，刮板輸送機鏈傳動系統(tǒng)是該整機系統(tǒng)相對薄弱的部件，在實際生產(chǎn)中由于突變載荷或重載啟動的情況導(dǎo)致其元器件產(chǎn)生故障，進(jìn)而導(dǎo)致刮板輸送機停機[1]。為解決上述實際生產(chǎn)中的問題，本文重點對選煤廠刮板輸送機鏈傳動系統(tǒng)的動態(tài)波動特性進(jìn)行實驗研究，為后續(xù)改進(jìn)刮板輸送機鏈傳動系統(tǒng)提供支撐。

1 刮板輸送機概述

刮板輸送機為選煤廠的主要運輸設(shè)備，是一種以撓性為牽引的輸送機械。刮板輸送機的常規(guī)結(jié)構(gòu)組成如圖1 所示。刮板輸送機主要驅(qū)動電動機，鏈接傳動系統(tǒng)、中間的一些過渡結(jié)構(gòu)、刮板鏈的推移裝置以及設(shè)備必須的一些附屬結(jié)構(gòu)。

圖1 刮板輸送機結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 刮板輸送機機頭組件

刮板輸送機機頭主要包括有整機提供動力的電動機、支撐結(jié)構(gòu)、相關(guān)的鏈輪傳動系統(tǒng)等；其中，支撐結(jié)構(gòu)為刮板輸送機的機頭架；鏈傳動系統(tǒng)為實現(xiàn)動力傳動的主要系統(tǒng)，也是實際生產(chǎn)最終容易出現(xiàn)故障系統(tǒng)。

1.2 刮板輸送機機尾組件

對于刮板輸送機的機尾組件而言，可分為有驅(qū)動和無驅(qū)動兩種形式。有驅(qū)動和無驅(qū)動的主要區(qū)別在于有無鏈條的改向裝置。一般而言，無驅(qū)動功能的刮板輸送機機尾組件包含有無鏈條傳動的改向裝置。

1.3 溜槽組件

溜槽的主要功能是完成物料的運載，根據(jù)其功能不同可以將其分為中部溜槽、調(diào)節(jié)溜槽和過渡溜槽。其中，中部溜槽分為上槽和下槽，上槽用來承載物料，下槽為鏈條的返程；調(diào)節(jié)槽主要功能是根據(jù)現(xiàn)場條件對整機的機身進(jìn)行調(diào)節(jié)。過渡溜槽的主要任務(wù)是實現(xiàn)機頭組件、機尾組件與中部溜槽組件的連接[2]。

1.4 刮板鏈

刮板鏈為鏈傳動系統(tǒng)的核心部件，其功能主要表現(xiàn)為推送貨物和為方向指引。在實際生產(chǎn)中，鏈條不僅需承擔(dān)預(yù)緊力的拉力，而且還需承受落煤對其形成的動載荷效應(yīng)。因此，一般要求刮板鏈具有較強的抗拉強度和疲勞強度。

本文重點通過實驗形式對刮板輸送機刮板鏈傳動系統(tǒng)的加速度波動和張力波動進(jìn)行研究，為后續(xù)刮板鏈傳動系統(tǒng)的改進(jìn)提供支撐，從而提升刮板輸送機在選煤廠的運輸效率。本文所研究刮板輸送機的具體型號為SGD320/17B，該型刮板輸送機的主要參數(shù)如下頁表1 所示。

表1 SGD320/17B 刮板輸送機主要參數(shù)

2 刮板輸送機鏈傳動系統(tǒng)動態(tài)波動特性實驗研究

本節(jié)重點對刮板輸送機鏈條傳動系統(tǒng)的加速度和張力波動情況進(jìn)行試驗研究。

2.1 刮板輸送機鏈傳動系統(tǒng)加速度波動試驗研究

為真實反應(yīng)刮板輸送機在不同工況下鏈條傳動系統(tǒng)加速度的波動情況，本文依據(jù)選煤廠現(xiàn)場情況，按照1∶1 的規(guī)模比例搭建模型進(jìn)行試驗研究。本次試驗采用INV3060S 數(shù)據(jù)采集儀對加速度波動情況進(jìn)行研究。該型數(shù)據(jù)采集儀可在選煤廠相對惡劣的環(huán)境下穩(wěn)定應(yīng)對分布式、長距離和多測點的監(jiān)測要求[3]。針對加速度波動情況，所設(shè)計的測量點為水平環(huán)的左右中線點、垂直環(huán)的上下中線點以及鏈環(huán)與鏈環(huán)相連接的位置。為直觀對刮板鏈的波動情況進(jìn)行分析，將加速度進(jìn)行積分得出如圖2 所示。

圖2 刮板輸送機鏈條速度波動曲線

如圖2 所示，本次試驗刮板輸送機在4.5 s 的時刻啟動，并在7.8 s 速度達(dá)到1 m/s，并在此處進(jìn)行波動；在21.3 s 的時刻，刮板鏈速度出現(xiàn)小幅的下降，并維持在0.97 m/s 附近；在37.6 s 時刻，刮板鏈條再次出現(xiàn)小幅下降，并維持在0.92 m/s 附近出現(xiàn)波動。但是，在43.1 s 時刻，刮板鏈速度出現(xiàn)大幅上升，并維持在1.05 m/s 附近出現(xiàn)較大的波動；在54.2 s 時刻，刮板鏈速度再次出現(xiàn)小幅下降，并維持在0.99 m/s 附近呈現(xiàn)較大的波動；在72.2 s 時刻，刮板鏈速度出現(xiàn)大幅增加，并于90.2 s 時刻系統(tǒng)開始停機，于94.8 s 時刻系統(tǒng)完全停機。

本文采用統(tǒng)計學(xué)的方法對刮板輸送機刮板鏈條傳動系統(tǒng)加速度的波動情況進(jìn)行分析，通過計算得出如下結(jié)論：

1）刮板輸送機鏈條傳動系統(tǒng)加速度的數(shù)學(xué)期望值幾乎為0，表示加速度的波動在整體上呈現(xiàn)對稱情況；

2）刮板鏈加速度和速度的峭度水平均大于3，說明波動數(shù)據(jù)處于相對分散狀態(tài)，波動情況為系統(tǒng)的可承受范圍；

3）刮板鏈加速度和速度的峭度水平均小于8，說明在整個試驗階段系統(tǒng)零部件并未出現(xiàn)故障，本次試驗數(shù)據(jù)可信。

2.2 刮板輸送機鏈傳動系統(tǒng)張力波動試驗研究

為能夠真實反應(yīng)刮板輸送鏈傳動系統(tǒng)在實際運行過程中的張力變化情況，在刮板鏈上安裝相應(yīng)的應(yīng)變測量裝置。同時，為了保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，還需對應(yīng)變裝置進(jìn)行校準(zhǔn)。本次試驗主要將應(yīng)變裝置貼于水平和垂直刮板鏈的中心位置[4]。對應(yīng)所安裝應(yīng)變貼片測量值的數(shù)學(xué)統(tǒng)計結(jié)果如表2 所示。

表2 鏈傳動張力數(shù)據(jù)統(tǒng)計學(xué)分析結(jié)果

如表2 所示，針對刮板鏈傳動系統(tǒng)所安裝的4個應(yīng)變貼片所測量的數(shù)據(jù)，其期望值、標(biāo)準(zhǔn)差、峭度和偏度均處于同一水平，說明本次試驗數(shù)據(jù)可信。同樣，刮板輸送機鏈條傳動系統(tǒng)張力峭度均大于3 且小于8，說明張力波動處于分散狀態(tài)且在試驗過程中未出現(xiàn)嚴(yán)重故障。

3 結(jié)論

刮板輸送機為選煤廠的主要運輸設(shè)備，其性能直接決定整體的運輸性能和安全性。在實際生產(chǎn)中會由于鏈傳動出現(xiàn)較大的波動導(dǎo)致其出現(xiàn)故障，進(jìn)而影響整體的運輸效率，尤其是加速度和張力的波動情況[5]。為此，本文重點針對SGD320/17B 刮板輸送機為例對其動態(tài)波動特性進(jìn)行試驗研究并得出如下結(jié)論：

1）SGD320/17B 刮板輸送機鏈傳動系統(tǒng)的加速度波動在合理范圍之內(nèi)，不會導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的故障；

2）SGD320/17B 刮板輸送機鏈傳動系統(tǒng)的張力波動同樣在合理范圍之內(nèi)且分布相對較分散，而且機尾段鏈環(huán)的張力波動大于機頭處鏈環(huán)的張力波動。