采面刮板輸送機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)踐研究

摘 要：32206采面斜長達(dá)到268m，現(xiàn)有的刮板輸送機(jī)功率較小，難以滿足生產(chǎn)需要，為此提出采用多種群遺傳算法對刮板輸送機(jī)中部槽回轉(zhuǎn)角進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過優(yōu)選最佳回轉(zhuǎn)角達(dá)到降低刮板鏈運(yùn)行阻力目的，從而降低刮板輸送機(jī)運(yùn)行載荷。將回轉(zhuǎn)角由原由1°優(yōu)化成40′后，刮板輸送機(jī)整體運(yùn)行載荷降低約8%，在一定程度上降低了電動(dòng)機(jī)、減速器等設(shè)備運(yùn)行負(fù)載。現(xiàn)場應(yīng)用后，刮板輸送機(jī)未出現(xiàn)超載頻繁停機(jī)問題，可滿足32206采面煤炭運(yùn)輸需要，優(yōu)化設(shè)計(jì)取得顯著效果。

關(guān)鍵詞：刮板輸送機(jī);中部槽;回轉(zhuǎn)角;載荷

山西某礦32206采面位于32采區(qū)北翼，主采2號煤層，采面南側(cè)為已回采完畢的32204采面采空區(qū)、北側(cè)為圈定的32208采面（回采巷道已完成掘進(jìn)）、東側(cè)為采區(qū)邊界煤柱、西側(cè)為采區(qū)軌道、運(yùn)輸上山。32206采面設(shè)計(jì)走向長690m、斜向268m，受到地質(zhì)構(gòu)造影響采面局部區(qū)域煤體破碎、容易出現(xiàn)頂板冒落、煤壁片幫。由于采面斜長達(dá)到268m，對現(xiàn)場布置的刮板輸送機(jī)運(yùn)行性能有較高要求。根據(jù)采面生產(chǎn)實(shí)際情況，刮板輸送機(jī)中部槽寬度應(yīng)在1000mm以上，電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)能達(dá)到1000kW，方可滿足現(xiàn)場運(yùn)輸需要，因此，相關(guān)設(shè)計(jì)咨詢單位建議采用型號SGZ1000/1400刮板輸送機(jī)，若采用該型號刮板輸送機(jī)則采煤機(jī)、液壓支架等均應(yīng)更換，會顯著增加礦井經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。為此，礦井決定對現(xiàn)有的SGZ800/800窄槽刮板輸送機(jī)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)，以期能滿足采面生產(chǎn)需要。

1 刮板輸送機(jī)運(yùn)行中存在問題分析

在32206采面采用SGZ800/800窄槽刮板輸送機(jī)使用過程中存在問題主要為[1]：①刮板輸送機(jī)運(yùn)輸能力不足，配套使用的電動(dòng)機(jī)輸出功率較小，不能滿足采面煤炭運(yùn)輸需要;②由于刮板輸送機(jī)布置距離較長（具體達(dá)到272m），運(yùn)行過程中產(chǎn)生的工作阻力較大，運(yùn)輸效率較低;③刮板輸送機(jī)若處于重載時(shí)則啟動(dòng)較為困難，容易出現(xiàn)壓溜問題;④刮板輸送機(jī)在使用過程中存在明顯的沖擊問題，容易造成刮板鏈斷裂，給刮板輸送機(jī)后續(xù)正常使用帶來不利影響;⑤刮板輸送機(jī)在使用過程中減速器、電動(dòng)機(jī)等設(shè)備常處于超負(fù)荷運(yùn)行，會增加設(shè)備運(yùn)行溫度、增加設(shè)備故障率及降低使用壽命。

以上運(yùn)行過程中存在問題若不能得到有效解決勢必會產(chǎn)生如下后果：刮板輸送機(jī)會頻繁的停機(jī)保護(hù)，無法確保采面正常回采;電動(dòng)機(jī)、減速器等設(shè)備需要頻繁進(jìn)行維護(hù)甚至更換;刮板中部槽、刮板鏈等零部件損耗量顯著增加。因此，需要對刮板輸送機(jī)進(jìn)行針對性優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保刮板輸送機(jī)可滿足現(xiàn)場使用需要。

2 刮板輸送機(jī)中部槽受力分析

刮板輸送機(jī)空載狀態(tài)時(shí)消耗的功率約為總功率的30%，設(shè)備運(yùn)行時(shí)需要克服的工作阻力主要為刮板鏈、煤矸石等在刮板槽內(nèi)移動(dòng)阻力;刮板鏈在空回段移動(dòng)阻力;刮板鏈在機(jī)頭、機(jī)尾處阻力;刮板鏈傳動(dòng)裝置運(yùn)行阻力以及刮板機(jī)中部槽在彎曲段給刮板鏈產(chǎn)生的側(cè)向阻力。其中刮板輸送機(jī)運(yùn)輸煤矸時(shí)的阻力是刮板輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)主要阻力，當(dāng)刮板輸送機(jī)彎曲度過大時(shí)會增加刮板輸送機(jī)阻力。 刮板輸送機(jī)在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生彎曲。

在刮板輸送機(jī)運(yùn)行過程中需要隨著采煤機(jī)回采推移，從而在水平方向形成移動(dòng)的弧度，弧度大小會直接影響刮板鏈與中部槽幫間摩擦力。具體有一定弧度的刮板輸送機(jī)見圖1所示。

從圖1看出，在刮板輸送機(jī)運(yùn)行環(huán)境保持不變情況下，刮板輸送機(jī)兩臨近刮板槽間回轉(zhuǎn)角α'越大，則刮板鏈與中部槽幫間摩擦阻力越大，工作阻力消耗的刮板輸送機(jī)功率越多。在刮板輸送機(jī)總負(fù)載、刮板鏈摩擦系數(shù)不變時(shí)，兩臨近刮板槽間回轉(zhuǎn)角α'是影響刮板輸送機(jī)負(fù)載關(guān)鍵以上，選擇合理的回轉(zhuǎn)角α'可在一定程度上降低刮板輸送機(jī)運(yùn)行負(fù)載并降低刮板鏈、中部槽等部件磨耗。

3 刮板輸送機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)

文中基于多種群遺傳算法對刮板輸送機(jī)中部槽間回轉(zhuǎn)角α'進(jìn)行優(yōu)化，降低刮板輸送機(jī)負(fù)載。根據(jù)以往研究成果，采用MPGA、SGA兩種遺傳算法對刮板輸送機(jī)中部槽回轉(zhuǎn)角α'二元函數(shù)（公式1）進(jìn)行求值，（下轉(zhuǎn)第197頁）（上接第195頁）具體計(jì)算結(jié)果見表1、表2。

通過對比表1、2，采用MPGA遺傳算法時(shí)獲取到的求值結(jié)果更為穩(wěn)定，文中采用MPGA（多種群遺傳算法）來替代SGA（標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法）對刮板機(jī)中部槽間回轉(zhuǎn)角α'進(jìn)行優(yōu)化，最終確定α'取值為40′時(shí)刮板機(jī)摩擦阻力、設(shè)備磨耗等最小，且該角度彎曲的中部槽數(shù)量合適，不會給采面正常生產(chǎn)帶來不利影響。

4 現(xiàn)場應(yīng)用分析

4.1 運(yùn)行效果

將刮板輸送機(jī)中部槽間回轉(zhuǎn)角α'由1.0°優(yōu)化至40′后，通過對刮板輸送機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡單改造后在32206采面現(xiàn)場應(yīng)用，截止到2020年6月，優(yōu)化后的刮板輸送機(jī)已平穩(wěn)運(yùn)行超過3個(gè)月，采面日平均進(jìn)尺為1270mm、刮板輸送機(jī)日運(yùn)輸量約為3300t。SGZ800/800刮板輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)平穩(wěn)，中部槽、刮板鏈等設(shè)備均無異常磨耗，對刮板輸送機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)后輸送機(jī)在運(yùn)行過程中負(fù)載得以顯著降低，從而在一定程度上降低電動(dòng)機(jī)、減速器等設(shè)備負(fù)載，優(yōu)化設(shè)計(jì)后的刮板輸送機(jī)可滿足32206超長工作面回采需要。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

4.2.1 降低采面綜采設(shè)備投入

若將采面刮板輸送機(jī)更為SGZ1000/1050型刮板輸送機(jī)按照272m長度布置則需要投入約2050萬元，而對SGZ800/

800刮板輸送機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)后投入僅需1300萬元，可降低刮板輸送機(jī)投入約750萬元。同時(shí)采用SGZ800/800刮板輸送機(jī)時(shí)由于礦井已配備有大量的配件，在配件更新、維護(hù)方面投入也較小;采用SGZ1000/1050型刮板輸送機(jī)時(shí)所有的零配件均需另外購置。

4.2.2 降低電能消耗

對刮板輸送機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后，刮板輸送機(jī)運(yùn)行過程中受到的載荷降低達(dá)到8%以上，綜合電能消耗減低約為6%，每月可降低電費(fèi)投入約1.3萬元。

5 總結(jié)

①對32206采面采用SGZ800/800刮板輸送機(jī)使用時(shí)存在的問題進(jìn)行分析，主要問題是電動(dòng)機(jī)、減速器頻繁超載，從而制約該刮板輸送機(jī)在采面使用;②對刮板輸送機(jī)運(yùn)行過程中受力情況分析發(fā)現(xiàn)，通過優(yōu)化刮板輸送機(jī)中部槽間回轉(zhuǎn)角可在一定程度上降低刮板輸送機(jī)運(yùn)行負(fù)載，從而降低電動(dòng)機(jī)、減速器載荷;③采用多種群遺傳算法對中部槽間回轉(zhuǎn)角進(jìn)行優(yōu)化，最終將回轉(zhuǎn)角1°優(yōu)化至44′，優(yōu)化后的刮板輸送機(jī)總體載荷降低約8%，可在一定程度上降低電動(dòng)機(jī)、減速器載荷，確保刮板輸送機(jī)在采面平穩(wěn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]張俊杰.關(guān)于SGB4318型刮板輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈輪的仿真與優(yōu)化[J].機(jī)械管理開發(fā)，2020，35（09）：53-55.

作者簡介：

索紅武（1975- ），男，山西屯留人，1999年7月畢業(yè)于陽泉煤專，煤礦機(jī)電專業(yè)，專科，現(xiàn)為助理工程師。