刮板機鏈條安全系數計算方法比較與應用

王務峰，宋洪俊

(西山煤電股份公司 西曲礦選煤廠，山西　古交　030200)

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刮板機鏈條安全系數計算方法比較與應用

王務峰，宋洪俊

(西山煤電股份公司 西曲礦選煤廠，山西古交030200)

摘要分析了西曲礦選煤廠706刮板機頻繁發生斷鏈事故的原因，通過應用兩種高強度鏈條安全系數的計算方法對刮板機鏈條的強度分別進行了驗算校核，并對兩種不同的計算結果進行比較與分析，得出了傳統方法計算過程繁瑣且考慮因素不全面，計算出的安全系數可靠程度偏小。根據第二種方法的計算結果，結合生產現場實際情況，采用一套簡單、經濟、可靠、易行的技術改造方案，將其最大運輸量由800 t/h提高到了1 200 t/h，提高了刮板機運行的安全可靠性，消除了斷鏈事故，保證了安全生產。

關鍵詞刮板輸送機；安全系數；機械強度；逐點計算；超負荷

高強度圓環鏈是刮板輸送機的關鍵性零件之一，同時又是刮板機最易出故障的部件。根據對西山煤電股份有限公司西曲礦選煤廠刮板機連續3年數據統計，斷鏈、斷環事故在刮板機事故中所占比重約為1/2， 事故處理不但時間長，影響生產，同時對工作人員人身安全也造成一定的隱患。

導致鏈條斷裂的情況和原因很多，也很復雜。鏈條的強度和機械性能否滿足現場實際要求，留有合適的安全裕度，滿足規定的安全系數，是保證刮板輸送機安全運行，預防鏈條斷裂和分析鏈條斷裂原因時的重要前提條件和主要考慮因素。

1706刮板輸送機技術參數及使用情況

刮板機型號為XGZ-12. 槽寬B=1 200 mm，為該廠成品倉上精煤配倉刮板機，2001年投入使用，輸送物料為精煤，粒度為0～50 mm，堆積密度為0.85 t/m3，含水分為11.5%；單層運輸，鏈條速度為v=0.76 m/s；受料點在刮板機下層，距離尾輪中心線1.5 m. 刮板輸送機長度為L=55 m，電機功率P=75 kW,減速機型號為NGWS113-1. 鏈條規格d1864，破斷拉力Ta=275 kN，刮板機運輸傾角為3°. 按照刮板機設計標準規定，其最大拉運量Q為800 t/h,平均為600 t/h，應該能滿足該廠精煤運輸量的需要，但在實際運行中卻頻繁發生斷鏈事故。

2我國現在通用的鏈條安全系數計算公式

n=i×Sp×λ/1.2Smax≥3.5

式中：

n—鏈條安全系數，即n≥3.5時，鏈條強度滿足要求；

Sp—單根圓環鏈破斷拉力，kN；

i—鏈條數,XGZ系列刮板機為雙鏈，取2；

λ—鏈條負荷分配不均勻系數，單鏈取1； 雙鏈取0.833～0.91；

1.2—動張力系數；

Smax—刮板鏈的最大靜張力，kN.

根據《運輸機械選型設計手冊》傾斜運輸刮板機各點張力逐點計算方法，對706刮板機實例計算分析，對于XGZ-12型刮板機：

S1=8 000 NS2=S1+q0gLsf1-q0gHS3=1.1S2

S4=S3+q0gLsf1+qgLsw+(q0+q)gH

式中：

S1、S2、S3、S4分別為各點處鏈條承受的張力,見圖1.

圖1　706刮板機布置示意圖

q0—單位長度鏈條質量,kg/m,d1864鏈條取31.25，d2286鏈條取38；

g=重力加速度，m/s2，取10；

Ls=Lcosα，α取3°；

f1—鏈條對鑄石板摩擦系數，取0.3；

H=Lsinɑ，α取3°，L取55 m；

q—單位長度物料質量，kg/m；

q=Q/3.6v，Q取600 t/h,v取0.76，得q=219 kg/m.

w—物料對鑄石板摩擦系數，一般取0.45～0.5.

經計算，得：

S2=12 250 NS3=13 475 NS4=85 962.44 N

Smax=S4=85 962 Nn=5.44≥3.5

由計算可知，706刮板機安全系數n>3.5，鏈條強度應該滿足要求，與實際情況不符。

3推薦使用的鏈條強度校核公式

刮板輸送機鏈強度驗算公式為：

式中:

Kmin—刮板輸送機鏈條最小安全系數，Kmin≥2時滿足要求；

Ta—刮板輸送機鏈條最小破斷載荷,kN；

Tm—刮板輸送機滿載啟動時鏈條最大拉力,kN；

Ta=ncTbKa

式中：

Tb—刮板輸送機單股鏈條最小破斷力，kN；

nc—刮板輸送機鏈條根數,取2;

Ka—刮板輸送機鏈條受力不均勻系數，中單鏈取1， 雙鏈取0.85.

式中：

nb—刮板輸送機電機啟動力矩系數，取2.5；

P—刮板輸送機電機總功率， kW，取75；

η＇—刮板輸送機啟動時總傳動效率，NGWS減速取0.96；

Ta=ncTbKa=467.5 kN

經計算，得：

Tm=236.84 kNKmin=Ta/Tm=1.97<2

由第二種方法計算可知，706刮板機安全系數小于2，鏈條安全系數達不到要求，安全可靠度不夠，應提高鏈條的規格型號。

4兩種計算方法分析與比較

刮板機實際運行情況復雜多變，斷鏈的主要原因是刮板鏈在運行中既要承受很大的靜載荷，還要傳遞極大的動載荷，前一種載荷容易造成疲勞破壞，而動載荷則造成張力斷鏈，另外還有腐蝕、磨損等因素。

通用的計算方法是根據輸送量、輸送機長度、摩擦系數、鏈速等因素，應用張力逐點計算法，得出鏈條的最大靜張力。該值代表的是刮板鏈和貨載的最大移動阻力，并考慮了鏈條拉力不均勻系數和動張力系數。

而第二種方法則是以第一種方法計算出的刮板鏈最大移動阻力為基礎，選擇輸送機所需要的電機功率，然后用已選定的電機功率驗算所選用圓環鏈的機械強度，即當電動機最大轉矩全部施加到鏈條上時，安全系數是否足夠。

第一種方法對刮板機滿載啟動、負荷突增對鏈條造成的沖擊破壞，甚至瞬時超負荷運行以及溜槽雜物刮、卡等外在因素沒有考慮。該廠在使用快開壓濾機回收細粒精煤后，精煤上煤量雖然平均不超過600 t/h，但在煤質較好或4臺快開同時排料時，瞬時上煤量可達1 100 t/h,刮板機甚至會出現物料回拉現象。因此，該方法不夠全面、科學，使計算結果可靠程度減小。而在第二種計算方法當中，鏈條的安全系數隨著輸送機電動機功率值大小的不同而不同，并且該方法將鏈條的安全系數與電機功率和鏈速相聯系，使計算出的安全系數比較符合客觀實際。該方法為研究提高刮板輸送機鏈條的可靠性，減少故障率提供了科學的理論基礎，比較客觀地反映了鏈條的安全裕度，而且計算結果與706刮板機實際工作情況能夠相互印證。

因此，在刮板機出現鏈條頻繁斷鏈現象時，推薦運用第二種計算方法進行鏈條校核驗算，并將其結果作為判斷問題所在重要參考樣因素。

5實踐與技術改造

經過以上計算與分析可知，現使用的d1864輕型鏈條和連接環強度不足是導致該刮板機頻繁發生斷鏈斷環的一個重要原因，應提高鏈條和連接環的規格型號。

假設選用中型d2286規格鏈條，其破斷拉力Tb=380 kN；

Ta=ncTbKa=2×380×0.85=646 kN

Kmin=Ta/Tm=646÷236.84=2.72>2 ；安全系數>2，所以該鏈條滿足使用要求。

技術改造方案如下：

1) 整體更換。

將該刮板機由XGZ輕型刮板機更換為MXGZ中型系列刮板機，鏈條為d2286，整部設備拆除后更換新設備，整潔美觀，設備費用大約45萬元，檢修時間大約3天，少洗精煤1.8萬t左右，給生產造成很大影響。

2) 局部改進。

對電機功率和頭輪軸進行強度校核計算，不拆除更換刮板機中間槽體和滑道，不改變機頭輪、機尾輪基礎安裝尺寸，只需將輕型11齒機頭鏈輪和機尾輪更換為中型9齒頭輪和尾輪，提前組裝好聯軸器，改造時更換全部刮板、鏈條、連接環和頭輪組、尾輪組，停產一個白班即可完成技術改造任務，需材料配件約15萬元左右。頭輪改造前后示意圖見圖2，圖3.

圖2　機頭鏈輪改造前示意圖

圖3　機頭鏈輪改造后示意圖

按照技術上先進、運行可靠、經濟節約的原則，按第二種方案對706刮板機進行了改造，成功地將其由XGZ輕型刮板機升級改造為MXGZ中型刮板機，既提高了設備安全運行可靠度，消除了安全隱患，又加大了運送量，使用兩年來，706沒有再發生鏈條斷裂事故。

6結束語

由于刮板機運行工作環境各異且復雜多變，因此，對斷鏈、斷環問題應具體問題具體分析，在對高強圓環鏈進行強度校核計算和研究使用方法的基礎上，應該加強日常檢查和維護，以預防事故發生，才能保證設備正常運行，取得更好的安全經濟效益。

參考文獻

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·技術經驗·

(E-mail)1090182879@qq.com

Comparison and Application of Safety Factor

Computing Method in Scraper Chain

WANG Wufeng, SONG Hongjun

AbstractAnalyzes the reasons why 706 scraper conveyor chain rupture accident happened frequently in Xiqu coal mine preparation plant. Two kinds of high strength safety coefficient computing method are applied to check scraper conveyor chain strength, and the two kinds of different calculation results are compared and analyzed. Obtains that the calculation process of traditional method is cumbersome and consideration is not comprehensive, the reliability of safety coefficient is small. According to the calculation result of the second method, combines with the actual production situation of the field, uses a set of simple, economic, reliable, feasible technical transformation scheme, the maximum transport capacity increased from 800 t/h to 1 200 t/h, improve the safety and reliability of scraper conveyor operation, eliminate the broken chain accident, ensure safety in production.

Key wordsScraper conveyor; Safety factor; Mechanical strength; Point by-point calculation; Overload

中圖分類號：TD528+.3

文獻標識碼：B

文章編號：1672-0652(2015)05-0017-03

作者簡介：王務峰(1975—)，男，山西交城人，2007年畢業于太原理工大學，工程師，主要從事選煤生產機電技術管理工作

收稿日期：2014-04-17