不同工作面傾角下的刮板輸送機特性分析與研究

張國新

（中國煤炭科工集團太原研究院，山西省太原市，030006）

不同工作面傾角下的刮板輸送機特性分析與研究

張國新

（中國煤炭科工集團太原研究院，山西省太原市，030006）

介紹了在不同工作面傾角下和非水平工作面上刮板輸送機的工作特性，研究了兩種輸送方向下的刮板輸送機運行性能以及隨角度變化情況下的異同。該研究有助于進行合理的設備配套以及制定相應的生產規程。

刮板輸送機 工作面傾斜角 運行阻力 功率分析

在煤礦生產中，煤炭運輸工作是采煤生產過程的重要組成部分，刮板輸送機是采煤工作面和采區巷道運煤的主要機械設備之一，是綜采工作面配套設備的重要組成部分，它的性能在很大程度上決定了采煤工作面的生產能力和效率。因此，研究它的工作狀況，了解它的工作特性，掌握輸送機在不同條件下的運行情況，有利于確保整個采煤工作面順利運行。在刮板輸送機的實際運行中，刮板輸送機鋪設傾斜角度、鋪設長度、煤質等具體工作條件都會影響刮板輸送機的運轉，尤其工作面傾斜角度是直接影響刮板輸送機承載能力、工作可靠性的重要因素之一。一般來說，刮板輸送機可用于水平運輸，亦可用于傾斜運輸。刮板輸送機在斜向上運輸時鋪設傾角原則上不得超過25°，向下運輸時傾角不得超過20°。當鋪設傾角過大時，不僅會發生滑移，而且還可能使機器功率過大發生過載，從而導致安全事故。因此，采用合理方式對不同工作傾斜角度下的輸送機進行研究分析是十分必要的。

1 功率計算

研究刮板輸送機在不同鋪設傾角下的運行狀況就必須對其功率特性進行分析。刮板輸送機的額定輸送功率不僅標志著刮板輸送機的負載能力，還是綜采工作面設備選型匹配需要考慮的重點指標之一，而且，輸送機空載功率也是判斷機器性能的重

圖1 刮板輸送機鋪設形狀示意圖

要標準之一。根據功率的計算公式P＝FV可知，刮板輸送機的計算功率與其運行時受到的阻力和刮板鏈速有關，所以計算刮板輸送機的功率首先需要計算輸送機的運行阻力。實際工作中，由于刮板輸送機在液壓支架的推移作用下，不停變換中部槽的相對角度和位移，所以整個刮板輸送機是呈“S”型，刮板輸送機鋪設形狀示意圖如圖1所示。

因此，要準確地進行輸送機計算就需要考慮彎曲程度對系統的影響，刮板輸送機中部槽排列如圖2所示，刮板輸送機水平彎曲的相關技術參數計算過程如下。

刮板輸送機中部槽彎曲段的曲率半徑為：

式中：R——刮板輸送機中部槽彎曲段的曲率半徑，m；

Lm——每節中部槽長度，m；

α′——相鄰中部槽之間的偏角，（°）。

彎曲段的長度為：

式中：Lw——彎曲段的長度，m；

a——支架推移刮板輸送機步距，m。

機頭部至彎曲段的長度為：

式中：L1——機頭部至彎曲段的長度，m；

L——刮板輸送機鋪設長度，m。

彎曲段對應的中心角為：

式中：α——彎曲段對應的中心角，rad。

圖2 刮板輸送機中部槽排列示意圖

通過以上計算，可以得出刮板輸送機水平彎曲的相關技術參數。此外，由于刮板輸送機在鋪設時往往存在坡度，與水平面有一定夾角，因此在計算過程中要對其進行非水平受力分析。如圖3所示，質量為G的重物運行阻力為垂直方向的分力與摩擦系數的乘積，再根據輸送實際方向，加上或減去與工作面平行方向的分力。而所有輸送機運行時所要承受的重量包括刮板鏈和刮板自身質量、負載煤炭的質量以及圓環鏈預緊力造成的阻力。刮板輸送機運行阻力計算過程如下。

圖3 輸送機受力分析

空段刮板鏈運行阻力為：

式中：Wq——空段刮板鏈運行阻力，kg·f；

q0——刮板圓環鏈單位長度質量，kg；

f1——刮板鏈在溜槽中的移動阻力系數；

β——輸送機傾斜角度，rad；

f——刮板與溜槽槽幫的阻力系數；

S1——圓環鏈預緊力，kN。

重段鏈條移動阻力為：

式中：WZ——重段鏈條移動阻力，kg·f；

q——單位長度煤炭的質量，kg；

ω′——煤在溜槽中的移動阻力系數；

K2——機尾軸上的附加阻力系數，單機頭取1.06，雙機頭取1。

刮板輸送機空載運行阻力為：

式中：WX——刮板輸送機空載運行阻力，kg·f。

刮板輸送機運行牽引力等于其運行阻力，因此不同工作狀況下的電機功率為：

式中：Nmax——滿載功率，kW；

V——刮板輸送機的鏈速，m／s；

η——傳動裝置的總效率系數，一般取值為0.8～0.85。

空載功率為：式中：NX——空載功率，kW；

V——刮板輸送機的鏈速，m／s；

η——傳動裝置的總效率系數，一般取值為0.8～0.85。

平均功率：

式中：NP——平均功率，kW。

2 工作面傾斜角對系統的影響

在工作面存在傾斜角的情況下，刮板輸送機運行有兩種工作方式，一是從地勢低的一端到地勢高的一端（向上輸送），二是由地勢高的一端到地勢低的一端（向下輸送），輸送機的兩種工作方式示意圖如圖4所示。

2.1 向上運輸分析

第一種工作方式（向上輸送）計算Wq時選擇“?”中的“－”號；計算WZ和WX時選擇“±”中的“＋”號。通過研究，應用計算機軟件技術建立整個系統的功率計算模型，通過計算分析，工作面傾斜角β和3種運行阻力曲線圖如圖5所示（該運算所有參數基于張家口煤機廠生產的SGZ764／400刮板輸送機）。

圖5顯示隨著刮板輸送機鋪設傾斜角β的增大，重段鏈條移動阻力WZ呈上升趨勢，而空載運行阻力WX與空段刮板鏈運行阻力Wq呈現降低的趨勢，并且空段刮板鏈運行阻力Wq在大于12.5°以后出現了小于零的情況，這是因為在輸送機從低到高運行時，回空段的回程阻力其實是一種驅動運輸的非阻礙力，而且隨著角度的增大，這種有益于輸送的力逐漸增大，此外，與摩擦力成正比的回程阻力隨角度增大逐漸減小，所以空段鏈條阻力隨工作面角度的增大而減小，達到一定角度后，運行阻力小于這種力，就出現了Wq小于零的情況。

輸送機3種功率隨鋪設傾斜角β的變化趨勢如圖6所示，可以看出，當刮板輸送機的機頭在高位，輸送方向由低到高時，隨著鋪設傾斜角度的增大，滿載功率和平均功率均呈增大趨勢，而空載功率呈現減小的趨勢，這是由Wq隨β增大而遞減造成的。

圖6 向上輸送功率曲線圖

2.2 向下運輸分析

圖7 向下輸送運行阻力和功率曲線圖

第二種工作方式（向下輸送）計算Wq時選擇“?”中的“＋”號；計算W和W選擇“±”中的“－”號，并且角度一般不超過20°。輸送機運行阻力與功率隨角度變化的曲線圖如圖7所示。

圖7顯示刮板輸送機在向下運輸時，空段刮板鏈運行阻力Wq隨鋪設角度增大而增大。正是由于這一點，在這種工作方式中，設備的功率隨角度增長速度快于向上運輸的第一種工作方式（角度為0時兩種方式功率一致，但是達到25°時，向下運輸的功率值大于向上運輸的功率值），所以，刮板輸送機在向下運輸時傾斜角度一般不大于20°，小于向上運輸時的25°。

3 結語

本文通過對存在鋪設傾角的刮板輸送機進行受力分析，并且借助計算機軟件技術計算了許可范圍內的不同傾斜角度下的輸送機運行阻力和各種功率，得出了最終曲線圖。通過對兩種工況下的曲線進行分析發現，隨著傾斜角度的增大，設備在向下運輸時的功率消耗比向上運輸時增長要快，這也是刮板輸送機向下運輸傾斜角度一般許用值小于向上運輸的原因之一。通過這種研究方法可以更加清楚的掌握不同生產條件下的刮板輸送機工作情況，從而有助于選擇合理的選擇設備配套，制定相應的生產規程。

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Analysis and research on characteristics of scraper conveyor working on mining face with different inclinations

Zhang Guoxin
（Taiyuan Institute of China Coal Technology and Engineering Group，Taiyuan，Shanxi 030006，China）

The characteristics of the scraper conveyor were introduced，which works on the mining face with different inclinations.The running performances of scraper conveyer in two transporting directions and their differences varied with the inclination were studied.This study is helpful for the rational use of complete sets of equipment and the establishment of related production procedures.

scraper conveyor，inclination of mining face，running resistance，power analysis

TD634.2

A

張國新（1975－），男，山西陽泉人，高級工程師，1997畢業于太原理工大學機械設計專業，現在中國煤炭科工集團太原研究院從事煤礦機械設備的研發、大修及科學性試驗工作。

（責任編輯 路 強）