刮板輸送機的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

薛 巖

綜采設(shè)備技術(shù)在近年來半個世紀(jì)的快速發(fā)展進化過程中一直保持并連續(xù)創(chuàng)造了多項行業(yè)世界紀(jì)錄。它已經(jīng)是目前最先進的井下礦開采設(shè)備技術(shù)。在當(dāng)前新一代技術(shù)革命的雙重影響下，正朝著全自動化的開采方向快速發(fā)展。對于礦綜采設(shè)備技術(shù)來說，綜采技術(shù)設(shè)備仍然是一個核心部件，工作面采用刮板立式輸送機仍然是綜采技術(shù)設(shè)備的一個關(guān)鍵設(shè)備，為了有效縮小與其他發(fā)達國家先進的綜采設(shè)備技術(shù)的能力差距，我國綜采技術(shù)人員對目前有關(guān)礦工作面采用刮板立式輸送機相關(guān)技術(shù)問題進行了深入研究和技術(shù)創(chuàng)新。

現(xiàn)階段，我國這方面正朝著高產(chǎn)化和集約化開采方向快速發(fā)展。在整個開采工作過程中，會不斷涉及從礦到井的長壁刮板工作和地面的刮板作業(yè)。目前采用的刮板輸送物料裝置主要指的是刮板立式輸送物料裝置，其刮板輸送物料能力大，對整個大型礦山的開采工作效率也會影響很大。

1 刮板輸送機技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1.1 關(guān)鍵電氣件方面

基于實現(xiàn)智能開采的需求，溫度、振動、壓力、流量傳感器及智能控制系統(tǒng)PLC和工業(yè)計算機已逐步應(yīng)用于刮板輸送設(shè)備，但基于國內(nèi)電子技術(shù)的整體發(fā)展水平和研究進展，一系列關(guān)鍵電氣部件的監(jiān)測精度、抗干擾能力和使用壽命都不能滿足井下惡劣工作環(huán)境的要求，一些關(guān)鍵電氣部件仍需依靠進口。

以PLC控制系統(tǒng)為例，國內(nèi)市場基本上是SIEMENS、NYSE:ROK、Beckhoff等少數(shù)國外品牌壟斷，國內(nèi)廠商研發(fā)熱情不高，技術(shù)更新緩慢，形成了只注重應(yīng)用，低估元器件基礎(chǔ)研究的惡性循環(huán)。隨著國家和省級監(jiān)管部門相繼出臺一系列加強智能礦山建設(shè)的指導(dǎo)性文件，并對智能礦山設(shè)備的數(shù)量和質(zhì)量提出了更高的要求，礦機設(shè)備智能相關(guān)電氣部件的自主研發(fā)和獨立配套能力不足。

1.2 感知控制技術(shù)方面

刮板輸送機設(shè)備自動化控制技術(shù)在我國發(fā)展迅速，如人臉高清視頻輔助人工干預(yù)、變頻驅(qū)動、刮板輸送機、刮板輸送機傳輸狀態(tài)監(jiān)測、鏈條自動張力控制、設(shè)備負載檢測、智能自主控制電機轉(zhuǎn)速，破碎機軸承實現(xiàn)自動潤滑等功能，加速礦山運輸設(shè)備向智能化方向的過程。但由于傳感器、監(jiān)測系統(tǒng)、變頻驅(qū)動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)在可靠性、穩(wěn)定性方面存在差距，國產(chǎn)設(shè)備需要進一步提高控制精度和設(shè)備穩(wěn)定性，降低故障率得到優(yōu)化，部分傳感器控制技術(shù)仍處于試驗階段，與面對無人駕駛的要求還有差距。

1.3 機器人巡檢技術(shù)方面

國內(nèi)科研機構(gòu)及相關(guān)企業(yè)已開始探索研究，基于采礦機綜采工作面及液壓支架的相關(guān)技術(shù)的智能巡檢機器人研發(fā)，實現(xiàn)采礦機搖臂舉升及液壓支架，自動刮板輸送機運行過程實時視頻監(jiān)控、快速檢測和計算機檢索，可實時觀察采煤機滾筒與液壓支架頂梁之間的間距，為采礦機開采高度控制提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。但它仍處于起步階段其中，機器人控制平臺的健壯性、行走驅(qū)動的可靠性、移動通信的穩(wěn)定性、群控的協(xié)調(diào)性以及配套應(yīng)用的合理性等問題還有待解決。

1.4 與國外技術(shù)之間的差距

我國的工作面采用刮板自動輸送機生產(chǎn)技術(shù)與國外相比有10年的較大差距，主要技術(shù)差距在以下幾個主要方面：

①技術(shù)性能和機體結(jié)構(gòu)上，我國采用刮板臥式輸送機傳動功率比較小，運輸能力低，運輸運行距離短，可靠性低；

②目前相應(yīng)的刮板加工技術(shù)手段還比較落后，上世紀(jì)80年代，我國大量進口了一些高效、高技術(shù)精度的刮板加工技術(shù)設(shè)備，近年來，相關(guān)的技術(shù)研究也在不斷進行增加，但是在總體上仍不能充分滿足目前我國刮板自動輸送機的實際生產(chǎn)應(yīng)用需求；

③不同的技術(shù)設(shè)計加工手段，技術(shù)的快速發(fā)展和電力信息傳輸技術(shù)、礦廠也已經(jīng)采用了一些現(xiàn)代化的設(shè)計加工方法，如三維刮板模擬的加工操作采用刮板自動輸送機，但與發(fā)達國家地區(qū)相比仍然存有一定差距；

④目前相關(guān)的安全監(jiān)控檢測設(shè)備和安全保護裝置不是很完善，雖然目前礦廠中所使用的工作刮板自動輸送器主機具備帶有過流、斷速、斷相、溫度等多種電氣自動保護安全功能，但對工作刮板本身的安全性能保護非常少，不能充分滿足工業(yè)生產(chǎn)的實際應(yīng)用需要。刮板等新材料產(chǎn)品輸送的各種電機已完全自動就位，操作中最常見的一種電機刮板故障主要原因是電機鏈條材料錯鏈或電機刮板材料跳鏈，發(fā)生在電機刮式滑板輸送機頭和鏈條輸送線的機尾。

其中，刮板等新材料產(chǎn)品輸送的各種電機小型零部件在在故障的正常進行處理后的持續(xù)時間一般大約為1h～2h，如果您的電機刮板或者輸送機頭的鏈條沒有出現(xiàn)嚴(yán)重斷裂，處理后的持續(xù)時間將至少可以持續(xù)達到4h～5h甚至幾天更長，嚴(yán)重的情況會直接影響系統(tǒng)的正常進行操作以及運行。而且由于這些維修作業(yè)工作量大，勞動強度高，設(shè)備也經(jīng)常會出現(xiàn)有不同嚴(yán)重度及程度的人體勞動能力損壞，給這些維修作業(yè)設(shè)備的操作系統(tǒng)后續(xù)正常進行操作以及運行將會帶來很大的的安全隱患。

2 核心部件技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

2.1 機頭部件

在綜采刮板開采中，綜采工作的地面生產(chǎn)能力已經(jīng)得到了迅速較大提高，但目前采用刮板式式輸送傳動機頭的前端和側(cè)卸料卸車裝置不能完全適應(yīng)采用大功率刮板開開采作業(yè)。通過不斷改進輸送機頭的前端和側(cè)卸車，采用交叉式側(cè)前端卸車，經(jīng)過不斷設(shè)計優(yōu)化和技術(shù)改進，使輸送機頭的前端和側(cè)卸車裝置具有更高的生產(chǎn)效率和最大運輸能力。另外，采用橫向卸荷方式，大大降低了卸荷高度，使礦的開采更加方便。

2.2 機尾部件

由于現(xiàn)代刮板飼料輸送機與新設(shè)計的鏈條輸送機鏈距離比較長，且鏈的輸送承載能力較大。因此，在設(shè)計尾鏈張緊時候就要求它具有非常大的可伸縮性，以利于保證現(xiàn)代刮板飼料輸送機的正常工作運行?，F(xiàn)階段，大部分尾自動緊鏈裝置設(shè)置鏈頭可以自動伸縮，而在尾沒有裝置可以伸縮的工作過程中，也就是可以同時采用手動或自動的兩種方式使用來合理修整調(diào)節(jié)尾部鏈條張力系統(tǒng)。

通過電機控制，按照具體的工作時間運動周期，對每個鏈條的尾部張力大小進行自動測試，并根據(jù)自動測試后的結(jié)果，對鏈的尾部鏈條進行適當(dāng)?shù)纳炜s和合理調(diào)整，這樣不能能夠保證現(xiàn)代刮板飼料輸送機的尾部鏈條一直能夠保持在最佳運行狀態(tài)。而自動控制測方和合理調(diào)整鏈條的張力則是需要理想得多，能夠是更好的能夠保證現(xiàn)代刮板飼料輸送器的機鏈一直能夠保持在最佳運行狀態(tài)，更好地有利于鏈的正常維護，并且也會大大減少鏈的停機工作時間，提高現(xiàn)代刮板飼料輸送機的工作效率。

2.3 鏈輪部件

鏈輪輸送是一種刮平卷板物料輸送機中非常重要的輸送部件。鏈輪輸送零件的設(shè)計研究和技術(shù)改進主要目的是為了大大加強鏈輪零件的工作可靠性，通過更加精密的鏈輪加工，并采用特殊熱處理加工技術(shù)，有效延長鏈輪輸送裝置的產(chǎn)品使用壽命。目前國內(nèi)使用的鏈輪輸送裝置多為一種雙列形或圓錐形的滾子傳動軸承，通過齒輪減速器和輸送齒輪的傳動聯(lián)軸器在鏈輪頭端的位置和尾端的位置與刮板鏈輪輸送裝置進行連接。對刮板鏈輪輸送裝置設(shè)計中的雙列齒輪裝置進行技術(shù)創(chuàng)新，有效率地降低了輸送鏈條的縱向伸長，提高了輸送鏈條的橫向傳動性和效率。

2.4 中部槽部件

對于工業(yè)刮板物品輸送物料機來說，中間槽部部分相當(dāng)于整個輸送設(shè)備的底部主體槽和軀干。中間槽部分的設(shè)備使用壽命將極大地直接影響整個工業(yè)刮板物料輸送機的設(shè)備使用壽命?，F(xiàn)階段工業(yè)使用的中間槽和坡口焊接零件多部分為″∑″型的鋼結(jié)構(gòu)，采用優(yōu)質(zhì)鑄造零件焊接方法，使用壽命可達1000×104t。

通過對其整體形狀、材料和構(gòu)造生產(chǎn)工藝的深入研究和不斷改進，可以延長中間槽坡口的使用壽命。又例如德國項目研制的中槽坡口構(gòu)件，在建造弧形地下斷面開挖結(jié)構(gòu)的實際中和地下開采設(shè)計過程中多次都能得到應(yīng)用驗證。通過臨床研究和應(yīng)用實踐可以發(fā)現(xiàn)，圓弧截面與″∑″形截面之間的接觸面大于圓弧截面與溝槽內(nèi)壁之間的接觸面。刮板材料輸送機件在工作時，經(jīng)過高度水平或向上垂直彎曲后，會自動產(chǎn)生較小的摩擦壓力值，使摩擦阻力得到明顯降低，也可以使刮板材料輸送機的機械功耗得到明顯降低，有利于大大延長中間槽槽邊部件的使用壽命。在中間溝槽邊的加工生產(chǎn)中，所需要使用的鋼板材料大多是通過高壓軋制工藝生產(chǎn)的。這種鋼板材料使其表面更光滑，摩擦磨損系數(shù)更小。另外，中間槽鋼板結(jié)構(gòu)也可以改為直接采用一種強度穩(wěn)定值更高的淬硬不銹鋼板作為材料，這種鋼板材料的摩擦磨損相對材料要小得多，使中間板溝槽件的使用壽命相對得以大大延長，性能大大增高提高。

2.5 圓環(huán)鏈部件

對于工業(yè)刮板物品輸送物料機來說，中間槽部部分相當(dāng)于整個輸送設(shè)備的底部主體槽和軀干。中間槽部分的設(shè)備使用壽命將極大地直接影響整個工業(yè)刮板物料輸送機的設(shè)備使用壽命。現(xiàn)階段工業(yè)使用的中間槽和坡口焊接零件多部分為“∑”型的鋼結(jié)構(gòu)，采用優(yōu)質(zhì)鑄造零件焊接方法，使用壽命可達1000×104t。

通過對其整體形狀、材料和構(gòu)造生產(chǎn)工藝的深入研究和不斷改進，可以大大限度延長中間中槽坡口的產(chǎn)品使用壽命。又例如德國項目研制的中槽坡口構(gòu)件，在建造弧形地下斷面開挖結(jié)構(gòu)的實際中和地下開采設(shè)計過程中多次都能得到應(yīng)用驗證。通過臨床研究和應(yīng)用實踐可以發(fā)現(xiàn)，圓弧截面與“∑”形截面之間的接觸面大于圓弧截面與溝槽內(nèi)壁之間的接觸面。刮板材料輸送機件在工作時，經(jīng)過高度水平或向上垂直彎曲后，會自動產(chǎn)生較小的摩擦壓力值，使摩擦阻力得到明顯降低，也可以使刮板材料輸送機的機械功耗得到明顯降低，有利于大大延長中間槽槽邊部件的使用壽命。

在中間溝槽邊的加工生產(chǎn)中，所需要使用的鋼板材料大多是通過高壓軋制工藝生產(chǎn)的。這種鋼板材料使其表面更光滑，摩擦磨損系數(shù)更小。另外，中間槽鋼板結(jié)構(gòu)也可以改為直接采用一種強度穩(wěn)定值更高的淬硬不銹鋼板作為材料，這種鋼板材料的摩擦磨損相對材料要小得多，使中間板溝槽件的使用壽命相對得以大大延長，性能大大增高提高。

2.6 接鏈環(huán)部件

目前市場使用的焊接連桿大多數(shù)是采用立環(huán)的焊接連桿，保證了整個連桿上的部件在經(jīng)過整個鏈輪其他部件時不會與整個鏈輪其他部件發(fā)生接觸，所以不需要存在連接磨損等的問題。開發(fā)的Blockmaster鏈接器具有一個非常短的連續(xù)結(jié)束時間長度。在整個鏈接進行安裝使用過程中，不用再需要刻意限制鏈條運輸線的方向?？呻p向進行安裝，不需要存在使用連桿反向進行安裝的安全問題。同時，在整個鏈條安裝環(huán)節(jié)中，增加一個鏈條鎖塊不僅可以有效的做到防止整個鏈條連續(xù)結(jié)束的問題，還真的可以做到使整個鏈條的運動強度可以得到明顯的大幅提高。

3 刮板輸送機技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵策略

3.1 提高對基礎(chǔ)理論的研究力度

為了促進刮板輸送機技術(shù)的發(fā)展，有必要認清刮板輸送機在煤礦作業(yè)中的重要性和特殊性。首先，刮板輸送機的工作環(huán)境非常惡劣。刮板輸送機的運行是連續(xù)的，并且會受到張力、壓力、摩擦、沖擊和腐蝕的不利影響。工作環(huán)境相對惡劣會影響刮板輸送機的使用質(zhì)量和使用壽命。此外，傳動系統(tǒng)非常復(fù)雜，包括電機、聯(lián)軸器、減速器、鏈輪軸組、刮板鏈條等部件。故障率高，傳動系統(tǒng)等設(shè)備系列齊全。當(dāng)出現(xiàn)問題時，整個系統(tǒng)就會崩潰。因此，有必要對相關(guān)技術(shù)理論進行深入的分析和研究，為克服上述問題提供可靠的理論支持，從而開發(fā)出優(yōu)質(zhì)高效的刮板輸送機。

3.2 提高新型材料的研制、使用

目前，刮板輸送機的關(guān)鍵部件，如環(huán)鏈和中間槽，使用壽命普遍較低，這嚴(yán)重影響了輸送機系統(tǒng)的效率。這主要是因為中國無法開發(fā)和生產(chǎn)這些關(guān)鍵部件所需的優(yōu)質(zhì)原材料。目前，使用的材料有許多缺陷，如用于制造中間槽端的zgmnl3高錳鋼。新型耐磨鋼zg30simn的引入提高了焊接性能、硬度和耐磨性，改進后的中間坡口的使用質(zhì)量和使用壽命大大提高。因此，改進和新材料的使用可以從根本上提高刮板輸送機關(guān)鍵部件的質(zhì)量和耐磨性，這也是提高輸送機系統(tǒng)使用壽命的關(guān)鍵。

4 結(jié)語

我國大型的開采技術(shù)繼續(xù)向大型化、集約化技術(shù)方向快速發(fā)展，刮板物料輸送機在工作臺層面的技術(shù)方向更是向現(xiàn)代高端電子產(chǎn)品技術(shù)方向快速發(fā)展，使刮板物料輸送的主機不僅能夠完全滿足我國開采的高速大功率和完全自動化技術(shù)要求。并且，還要更加好地注意保護刮板物料輸送機的設(shè)備運行安全，力求不斷提高運行性能的性和可靠性。目前，我國自主生產(chǎn)的大型刮板物料輸送機在產(chǎn)品整體工藝技術(shù)水平上已經(jīng)非常好地接近國外一些先進設(shè)備。然而，一些重要技術(shù)部件在性能可靠性和產(chǎn)品使用壽命上還仍然存在著很大的技術(shù)差距，尤其對像是刮板物料輸送機軟電機啟動、保護裝置等等所涉及的高科技重要部件，仍然非常需要不斷的技術(shù)創(chuàng)新和不斷改進，以更好的服務(wù)推動我國刮板物料輸送機行業(yè)走向一體化，智能化工業(yè)發(fā)展的新方向。