刮板輸送機鏈傳動系統波動特性的試驗研究

岳樹鵬

（西山煤電杜兒坪礦，山西 太原 030022）

引言

刮板輸送機為綜采工作面的關鍵設備之一，其不僅為采煤機行走提供軌道，而且還是液壓支架推溜的作用支點。隨著工作面開采深度的不斷增加，刮板輸送機也朝著長距離、大運量以及高可靠性的方向發展。在實際生產中由于工作載荷波動較大導致刮板輸送機鏈傳動系統受到周期變化載荷的影響，最終導致刮板輸送機出現刮板鏈斷裂、跳鏈、掉鏈等事故。此外，刮板輸送機在非正常工況下其鏈傳動系統會受到更大的沖擊載荷[1]。鑒于上述背景，本文將針對刮板輸送機鏈傳動系統的波動特性進行試驗和仿真研究。

1 試驗用刮板輸送機參數

為真實、全面地反映刮板輸送機鏈傳動系統的波動特性，在實驗室按照1∶1的規模搭建試驗平臺模擬綜采工作面的生產環境。本試驗平臺所選擇采煤機的型號為MG500/1130-WD，刮板輸送機的型號為SGD320/170B以及相應數量的液壓支架。本文將對SGD320/170B刮板輸送機的波動特性進行具體研究，SGD320/170B刮板輸送機的參數如表1所示。

表1 SGD320/170B刮板輸送機性能參數

2 刮板輸送機加速度波動試驗研究

在上述試驗平臺上，采用采集儀和加速度傳感器完成刮板輸送機鏈傳動系統的加速度波動的測試試驗。根據鏈傳動系統的配置，分別對平環和立環的加速度進行分析，將鏈傳動系統運行方向規定為X方向，將水平面上與X方向垂直的規定為Y方向，與水平相垂直的規定為Z方向[2-4]。經試驗可得出如下結論：

1）在整個試驗周期內，在X方向和Z方向加速度的波動幅度較大；但在Y方向加速度的波動幾乎可忽略不計；

2）鏈傳動系統中平環的加速度波動幅度大于立環的加速度波動幅度；

3）在某種程度上將，Y方向加速度波動是由于X方向和Z方向波動所導致。但是，Y方向加速度的初始值小很多，因此將Y方向加速度的波動情況忽略不計。

從理論上分析可知，加速度在X方向上波動是影響刮板輸送機鏈傳動系統平穩運行的關鍵。因此，對X方向的速度進行深入研究分析。基于對X方向加速度分析的基礎上，將所得結果進行積分處理得到實時速度值，在實驗周期內X方向的速度變化如圖1所示。

如圖1所示，刮板輸送機在4.5 s開始啟動，速度迅速上升并在7.8 s達到1 m/s；在運行期間，在21.1 s時速度出現下幅波動并在0.97 m/s左右波動，在37.3 s時速度再次出現下幅波動并保持在0.92 m/s，在43.1 s時速度出現上浮波動并且保持在1.03 m/s左右，在52.3 s時速度再次出現下幅波動，并且保持在0.99 m/s左右。最后，刮板輸送機在90 s時開始制動，并在制動5 s后穩定停機，即速度降至0 m/s。

圖1 鏈傳動X方向速度波動情況

總的來講，刮板輸送機在實際運行過程中速度和加速度為對稱波動；而且，加速度和速度的波動均在合理范圍之內，且波動數據相對集中。在整個試驗周期內，刮板輸送機未發生故障，說明本次試驗獲得數據具有較大的參考價值。

3 刮板輸送機刮板鏈張力試驗研究

為準確獲取刮板輸送機實際運行過程中刮板鏈的張力變化情況，在刮板鏈上安裝應變片，并將通過安裝于刮板上的采集模塊對應變片的數據進行采集，通過無線傳輸方式傳送至上位機。分別在刮板輸送機的松邊和緊邊選擇對稱的兩個刮板鏈，每個刮板鏈上安裝兩個應變片。試驗測定前，需對每個應變片進行標定并得出其對應的刮板鏈張力和應變的擬合曲線。通過對在300 s內獲取的試驗數據進行分析，得出如下結論：

1）鏈傳動系統中傳動鏈張力是處于周期性波動變化的，且波動周期為82 s；

2）在一個82 s的波動周期內，刮板鏈的張力會出現兩次明顯的突變，而且第一次突變的峰值明顯大于第二次突變的峰值；

3）在一個82 s的波動周期內，在前半個周期刮板鏈張力是處于平穩、緩慢上升的；而在后半個波動周期內，鏈傳動張力處于無規律變化的狀態；

4）當刮板鏈從直線運行段向嚙合段過渡時，刮板鏈張力突變較為明顯，而且刮板鏈突變時的峰值最大。

鑒于刮板輸送機在直線運行階段和嚙合段刮板鏈張力波動情況不同，本節將重點對直線運行段和嚙合段刮板鏈張力波動情況分別進行分析。

3.1 直線運行階段張力波動情況

在直線運行段，分別對緊邊和松邊兩種情況下刮板鏈的張力變化情況進行分析，根據采集的試驗數據，其對應的張力波動情況如圖2所示，在緊邊直線運行段，刮板鏈從機尾運行至機頭其對應張力逐漸上升，并最后在機尾位置張力達到最大，且最大值為47.04 kN；在松邊直線運行段，刮板鏈從機頭運行至機尾其對應張力為無規則變化，其中，刮板鏈張力最大值出現在70.5 s時，最大值為31.16 kN；刮板鏈張力最小值出現在62.5 s時，最小值為16.09 kN。

圖2 刮板輸送機直線運行段張力波動情況

在直線運行段緊邊時刮板鏈張力的最大值、最小值以及均值均大于在松邊時刮板鏈的張力。

3.2 嚙合段張力波動情況

刮板輸送機的嚙合段分為機頭嚙合段和機尾嚙合段，兩個不同位置嚙合段刮板鏈張力波動情況如圖3所示。

圖3 嚙合段刮板鏈張力變化情況

如圖3所示，在機頭嚙合段刮板輸送機刮板鏈張力值呈現逐漸下降的趨勢，其中極大值由59.59 kN降低為30.89 kN；均值由47.86 kN降低為20.21 kN；極小值由42.61 kN降低為11.69 kN。在機尾嚙合段刮板輸送機刮板鏈張力值呈現先增大后減小的變化趨勢，其中極大值先由44.89 kN增大至54.12 kN后降低至31.07 kN；平均值先由34.57 kN增大至46.76 kN后降低至19.74 kN；極小值先由20.1 kN增大至41.27 kN后降低至9.64 kN。

4 結論

刮板輸送機為綜采工作面的關鍵設備，其與采煤機和液壓支架相配套為工作面的“三機”。在實際生產過程中，由于刮板輸送機承受正常的周期載荷和非正常工況下的沖擊載荷，而且工作面條件相對惡劣導致刮板輸送機刮板鏈出現斷鏈、跳鏈以及掉鏈等事故[5]。因此，掌握刮板輸送機在實際運行過程中加速度和刮板鏈張力波動變化情況對保證其安全、高效運行具有重要意義。本文對SGD320/170B刮板輸送機刮板鏈傳動系統的波動特性進行研究，具體總結如下：

1）刮板輸送機在實際運行過程中速度和加速度為對稱波動；而且，加速度和速度的波動均在合理范圍之內，且波動數據相對集中；

2）刮板鏈在緊邊直線段其張力呈現逐步上升的變化趨勢，在松邊直線段其張力處于不規則變化趨勢；而且，松邊直線段的刮板鏈張力值小于緊邊直線段對應的張力值。

3）在機頭嚙合段刮板輸送機刮板鏈張力值呈現逐漸下降的趨勢，機尾嚙合段刮板輸送機刮板鏈張力值呈現先增大后減小的變化趨勢。