刮板輸送機(jī)中部槽斷面的設(shè)計(jì)

夏永虎

(山西潞安煤炭技術(shù)裝備有限責(zé)任公司，山西 長治 046204)

刮板輸送機(jī)是現(xiàn)階段綜采工作面主要的煤礦運(yùn)輸設(shè)備，為了滿足與不同的支架、采煤機(jī)進(jìn)行配套，往往要對(duì)刮板輸送機(jī)中部槽部分尺寸進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。本文主要以槽寬、槽幫高度、齒軌座在擋板槽幫上相對(duì)位置及高度、鏟板槽幫寬度等幾個(gè)重要尺寸為基礎(chǔ)，通過三機(jī)配套，對(duì)銷排節(jié)距、采煤機(jī)過煤高度等幾個(gè)參數(shù)進(jìn)行約束，論述了刮板輸送機(jī)中部槽斷面的設(shè)計(jì)過程。以下以王家?guī)X煤業(yè)刮板輸送機(jī)中部槽斷面設(shè)計(jì)為例，進(jìn)行詳細(xì)敘述。

1 綜采工作面主要參數(shù)

王家?guī)X煤業(yè)18106工作面為典型的大采高綜采工作面，煤層厚度5.84～7.24 m，平均6.52 m.工作面運(yùn)巷斷面(寬×高)：5.5 m×4.2 m，風(fēng)巷斷面(寬×高)：5.5 m×3.7 m，切眼長度(實(shí)體煤)：249 m，切眼走向約6°，局部10～16°下運(yùn) ，斜井運(yùn)輸凈尺寸(寬×高)：5.5 m×3.8 m，巷道走向小于6°.

2 刮板輸送機(jī)中部槽斷面的設(shè)計(jì)

2.1 刮板輸送機(jī)中部槽斷面

由圖1可知，刮板輸送機(jī)中部斷面主要由幾個(gè)部分組成:擋板槽幫、鏟板槽幫、中板、封底板、齒軌座以及方孔板等。確定中部斷面尺寸的因素：①槽寬。最主要尺寸，影響著整部刮板輸送機(jī)的最大運(yùn)輸能力。②槽幫高度。主要影響適應(yīng)的尺寸以及采煤機(jī)的過煤高度。槽幫高度越高，就能選配更高規(guī)格的鏈條以及有更大的過煤空間。③連接孔的尺寸與位置。這個(gè)主要關(guān)系到與支架的連接。保證正常的推架拉架。④齒軌座在擋板槽幫上相對(duì)位置及高度。該尺寸主要影響的是采煤機(jī)的過煤高度以及采煤機(jī)內(nèi)外牽引所在的位置。上面兩部分可以由刮板輸送機(jī)設(shè)計(jì)方自行決定，然后根據(jù)三機(jī)配套關(guān)系，讓支架設(shè)計(jì)方和采煤機(jī)設(shè)計(jì)方與刮板輸送機(jī)進(jìn)行適配。⑤鏟板槽幫寬度。滿足采煤機(jī)滑靴能夠完整地在鏟板槽幫上滑行，同時(shí)與鏟板槽幫之間保持一定間距。

圖1 常見的刮板輸送機(jī)中部斷面圖

由上述可知，為了能夠設(shè)計(jì)出合理的刮板輸送機(jī)中部槽斷面，就必須與其他綜采設(shè)備配套包括支架、采煤機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)。

2.2 工作面兩機(jī)中部斷面的設(shè)計(jì)

2.2.1 刮板輸送機(jī)槽寬的確定

王家?guī)X煤業(yè)選用的采煤機(jī)為MG1000/2560-GWD.依據(jù)采煤機(jī)參數(shù)以及采煤工作面地質(zhì)條件。首先計(jì)算采煤機(jī)的生產(chǎn)能力。

Q=60HBVρ

式中：H為采高，按照平均采高，取6.52 m；B為截深，取0.865 m；V為最大割煤速度，平均割煤速度約為3.5 m/min，取7.28 m/min；ρ為煤的實(shí)體密度，取1.41 t/m3.

Q3.5=60×6.52×0.865×3.5×1.41≈1 670 t/h

Q7.28=60×6.52×0.865×7.28×1.41≈3 473 t/h

按實(shí)際采煤機(jī)割煤速度，采煤機(jī)的生產(chǎn)能力為1 670 t/h；按最大采煤機(jī)割煤速度，采煤機(jī)的生產(chǎn)能力為3 473 t/h.

按照采煤機(jī)最大生產(chǎn)能力對(duì)刮板輸送機(jī)運(yùn)輸能力的驗(yàn)算：

Qm=3.6F'ψγV

式中：Qm為采煤機(jī)的生產(chǎn)能力，t/h；F'為中部槽具有的裝載斷面面積,m2；V為刮板鏈速度，m/s，初步按照1.66 m/s計(jì)算。ψ為裝滿系數(shù)，一般小于1，這里取0.9；γ為散煤容重，取1.15 t/m3.

由計(jì)算可知，如要滿足采煤機(jī)最大生產(chǎn)能力，刮板輸送機(jī)的運(yùn)輸截面積應(yīng)當(dāng)大于0.56 m2.

刮板輸送機(jī)在運(yùn)行過程中。原煤大部分是以圖2方式運(yùn)行，右側(cè)靜態(tài)的煤只會(huì)在煤量運(yùn)輸不足的時(shí)候進(jìn)行補(bǔ)充，所以只按照左側(cè)面積計(jì)算原刮板輸送機(jī)的煤運(yùn)輸量。初步選定SGZ1250系列的刮板輸送機(jī)。

刮板輸送機(jī)中部槽的裝煤斷面F，從幾何關(guān)系可求得：

F=0.623 m2

SGZ1250系列的刮板輸送機(jī)裝煤面積大于采煤機(jī)需求的最大運(yùn)輸面積，所以最終選定SGZ1250系列的刮板輸送機(jī)。

圖2 運(yùn)行過程中的煤實(shí)際堆疊圖(mm)

2.2.2 刮板輸送機(jī)銷排節(jié)距的確定

銷排節(jié)距是指采煤機(jī)在刮板輸送機(jī)上行走的軌道的間距(圖3).常見的節(jié)距尺寸有126 mm、147 mm、172 mm等。由于本次配套支架寬度為2 050 mm，刮板輸送機(jī)中部槽的長度應(yīng)該與支架寬度匹配。2 050 mm長度的中部槽，兩個(gè)齒軌座的中心距為850 mm.普通中部槽齒軌均為5節(jié)距齒軌，則有節(jié)距t=l/n，l為中心距長度，mm；n為節(jié)距數(shù)量(圖4).通過計(jì)算可知,節(jié)距t=170 mm，選用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)距t=172 mm.

圖3 銷排俯視圖(mm)

2.2.3 刮板輸送機(jī)槽幫高度的確定

槽幫的高度主要影響適應(yīng)鏈條的尺寸以及采煤機(jī)的過煤高度。按照采煤機(jī)最大采煤量校核鏈條的強(qiáng)度,按初步選定的D52/127-C圓環(huán)鏈進(jìn)行核算。

圖4 中部槽主視圖(mm)

中部槽單位長度上的最大裝煤量按鏈速計(jì)算，即：

煤在槽內(nèi)運(yùn)行的阻力系數(shù)ω=0.5～0.6(物料為煤時(shí))，刮板鏈在槽內(nèi)運(yùn)行的阻力系數(shù)ωl=0.3～0.4(當(dāng)有封底板時(shí))，ωl=0.5～0.95(當(dāng)無封底板時(shí))，計(jì)算重、空段的運(yùn)行阻力。

Wzh=(qω+q1ω1)Lgcosβ-(q+q1)Lgsinβ=771 kN

Wk=q1Lg(ω1cosβ+sinβ)=340 kN

式中：Wzh為刮板輸送機(jī)有載分支基本運(yùn)行阻力，kN；Wk為刮板輸送機(jī)無載分支基本運(yùn)行阻力，kN；L為刮板輸送機(jī)長度，取320 m；g為重力加速度，m/s2；q1為刮板鏈單位長度的質(zhì)量，取207 kg/m；β為刮板機(jī)傾斜角度，取0°.

刮板輸送機(jī)彎曲運(yùn)行時(shí)有載分支運(yùn)行阻力運(yùn)行阻力W'zh和無載分支運(yùn)行阻力W'k的計(jì)算：

W'zh=k1Wzh=848 kN

W'k=k1Wk=374 kN

式中：k1為刮板輸送機(jī)彎曲運(yùn)行時(shí)附加阻力系數(shù)，取1.1.

刮板輸送機(jī)運(yùn)行總阻力W的計(jì)算如下：

W=k2(W'zh+W'k)=1.2(Wzh+Wk)=1 344 kN

式中：k2為刮板鏈條繞上頭部、尾部鏈路回轉(zhuǎn)時(shí)的附加阻力系數(shù)，取1.08～1.1.

如圖5所示，按求出的重段、空段運(yùn)行總阻力Wzh和Wk，然后確定刮板鏈的最小張力點(diǎn)。

按逐點(diǎn)計(jì)算法得：

S2=S1+W'zh

S4=S3+W'k

圖5 雙驅(qū)動(dòng)部刮板輸送機(jī)運(yùn)行原理圖

因下端有驅(qū)動(dòng)裝置，故S2>S3；上端有驅(qū)動(dòng)裝置,故S4>S1.

設(shè)機(jī)頭、機(jī)尾所需功率相同，符合均勻，每個(gè)鏈輪克服阻力為總阻力的一半。

S3-S1=0.5Wzh-0.6Wk=0.5×600-0.6×265>0

判定刮板鏈最小張力在“1”點(diǎn)，雙驅(qū)的情況下，S1處最小張力為帶動(dòng)鏈條上鏈力，取6～14 kN，現(xiàn)取10 kN.

用逐點(diǎn)計(jì)算法求刮板鏈在各點(diǎn)的張力為：

S1=10 kN

S2=S1+W'zh=858 kN

S3=0.5Wzh-0.6Wk+S1=192 kN

D52/127-C圓環(huán)鏈的破斷拉力為3 400 kN，中雙鏈負(fù)荷分配不均系數(shù)取0.85.

按照采煤機(jī)最大采煤量計(jì)算:

式中：Sp為圓環(huán)鏈的破壞拉力，D52/127-C圓環(huán)鏈為3 400 kN;i為鏈條數(shù)量，取2；λ為中雙鏈負(fù)荷分配不均系數(shù)，取0.85；Smax為鏈條最大張應(yīng)力處，取S2點(diǎn)位置。

刮板鏈安全系數(shù)大于3.5，滿足使用要求。

因此，D52/127-C圓環(huán)鏈滿足刮板輸送機(jī)實(shí)際采煤強(qiáng)度要求，參照鏈條規(guī)格，槽幫的高度應(yīng)當(dāng)滿足上下鏈條以及配套的刮板能夠順利通過，D52/127-C配套刮板尺寸如圖6所示：刮板總高度140 mm，則槽幫高度應(yīng)滿足h>2L+t1+t2，L為刮板總高度，mm；t1為中板厚度，mm；t2為封底板厚度，mm.通過計(jì)算可得，槽幫高度h>380 mm，因?yàn)楣伟迮c槽幫之間存在間隙，最終選用高度為400 mm的槽幫。

圖6 D52/127-C圓環(huán)鏈適配刮板尺寸

2.2.4 刮板輸送機(jī)鏟板槽幫寬度的確定

影響鏟板槽幫寬度的因素主要是鏟間距、采煤機(jī)滑靴的寬度和與鏟板槽幫端面的間隙。

1) 采煤機(jī)滾筒與刮板輸送機(jī)鏟板槽幫的鏟間距。鏟間距不宜過大也不宜過小。過大的鏟間距會(huì)造成采煤機(jī)裝煤效果不好，造成資源浪費(fèi)。過小的鏟間距直接影響了采煤機(jī)在采煤過程中是否會(huì)與刮板輸送機(jī)鏟板產(chǎn)生干涉，造成割鏟板的現(xiàn)象。尤其是采煤機(jī)在過刮板輸送機(jī)呈S彎斜切進(jìn)刀時(shí)，存在一個(gè)極限鏟間距。在本次配套時(shí)，由圖7可知，在刮板輸送機(jī)S彎曲段，采煤機(jī)滾筒與刮板輸送機(jī)鏟板槽幫的極限距離為55 mm.在合理配套情況下，極限鏟間距應(yīng)大于50 mm，所以配套滿足技術(shù)要求。此外鏟間距的大小是可以調(diào)整的，通過調(diào)整刮板輸送機(jī)齒軌座在擋板槽幫的相對(duì)位置，調(diào)整鏟間距的大小。

2) 采煤機(jī)行走滑靴應(yīng)大部分置于鏟板槽幫之上，同時(shí)與刮板輸送機(jī)鏟板槽幫端面保持一定距離。這個(gè)距離按照設(shè)計(jì)要求應(yīng)不小于40 mm.由圖8可知，本次配套滑靴長度為210 mm，與鏟板之間的間隙為50 mm.基本滿足配套要求，最后確定，鏟板槽幫的寬度為375 mm.

2.3 中部槽斷面最終設(shè)計(jì)尺寸

根據(jù)整體配套關(guān)系，對(duì)中部槽各個(gè)尺寸進(jìn)行調(diào)整，最終設(shè)計(jì)出滿足各項(xiàng)技術(shù)要求的刮板輸送機(jī)中部斷面。如圖9所示，該刮板輸送機(jī)槽寬為1 250 mm.槽幫高度選用400 mm高度槽幫，能夠滿足D52/127×170超扁平鏈鏈條順利通過，同時(shí)提升一定的過煤高度。圖中厚度140 mm單耳連接孔直徑83 mm，高度200 mm，與液壓支架可以配套使用。最終選用水平位置位于距中部槽中心720 mm+83 mm，齒軌高度最終為641 mm.選用寬度375 mm寬鏟板槽幫，滿足滑靴的整體寬度。

圖7 采煤機(jī)與刮板輸送機(jī)彎曲段間隙圖(mm)

圖8 采煤機(jī)與刮板輸送機(jī)配套關(guān)系圖(mm)

圖9 采煤機(jī)與刮板輸送機(jī)彎曲段間隙圖(mm)

3 設(shè)備在現(xiàn)場的實(shí)際應(yīng)用

現(xiàn)這套設(shè)備已在王家?guī)X煤業(yè)投入使用，經(jīng)過在現(xiàn)場地面聯(lián)調(diào)，液壓支架、刮板輸送機(jī)、采煤機(jī)三機(jī)配套合理，運(yùn)行狀況良好，在各個(gè)極限位置均能順利通過，經(jīng)礦方驗(yàn)收合格。

4 結(jié) 語

本文整理的刮板輸送機(jī)中部槽斷面設(shè)計(jì)規(guī)范，可以運(yùn)用到大部分類型的刮板輸送機(jī)選型配套工作中，降低了相關(guān)技術(shù)人員的學(xué)習(xí)成本，同時(shí)可以使以后刮板輸送機(jī)的設(shè)計(jì)工作更加規(guī)范，避免出現(xiàn)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。