選煤機排料系統中刮板結構的優化研究

李小剛

（西山煤電鎮城底礦選煤廠， 山西 古交 030200）

引言

選煤機作為煤炭生產的主要設備，其排料系統的刮板結構設計對煤礦的高效安全生產意義重大。選煤技術主要可分為干法選煤與濕法選煤，目前煤礦主要采用干法選煤技術中的空氣重介質選煤法，該方法對水資源和環境溫度的要求較低，無需采用濕法選煤技術中的煤水處理裝置，使用成本更低[1-2]。

空氣重介質選煤法的工作原理示意圖如圖1 所示。空氣重介質選煤法的主要工作原理：通過鼓風機將空氣壓縮，經布風板流入流化床，其中注入的重介質在空氣作用下變為氣體中夾帶有固體顆粒物料的流動狀態，同時煤炭由設備上的給煤口進入流化床，密度相對較小的煤炭會上升，而碎石則沉到床底，經輸送帶送到3 處出口排出。

圖1 空氣重介質選煤法工作原理示意圖

作為選煤機的主要設備，刮板輸送機極易出現斷鏈、跳鏈、飄鏈、刮板磨損及彎曲等問題[3]。在實際生產中，刮板輸送機故障可能導致選煤機的生產停滯，甚至會引發嚴重的安全事故，因此，需對刮板結構進行優化設計，以提高選煤機的工作效率與安全性[4-5]。

1 結構分析

刮板輸送機的結構示意圖如圖2 所示。其結構主要有以下特點：輸送機的上層傳送鏈將精煤排出，下層傳送鏈則排出矸石；為避免處于流動狀態的重介質流出，兩側排料口應處于相對較高位置；輸送機的傳送鏈間充滿重介質及煤炭，傳送鏈易被碎石等顆粒磨損；排料口的轉彎處需使用壓塊固定傳送鏈的方向，摩擦阻力隨之增大；傳送鏈一般為價格低、承重大的圓環形鏈條；刮板較長，一般可達2 m 以上；輸送機的傳動方式為雙邊鏈傳動。

圖2 刮板輸送機結構示意圖

2 受力情況

本文以物料處理量為50 t/h 的選煤機為例，對其進行受力分析。該選煤機的相關參數如表1 所示。

表1 選煤機運行相關參數表

2.1 運行摩擦阻力

輸送機傳送鏈可分為若干直線段，每段的運行摩擦阻力可根據下式計算得出：

式中：Wi-（i+1）為第i-（i+1）段的運行摩擦阻力，N；Li為傳送鏈的長度，m；f1為傳送鏈與流化床接觸面的摩擦阻力系數，一般取0.3；q0為每米的傳送鏈重力，N/m；q 為物料重力，N/m；f2為物料與流化床面的摩擦阻力系數，一般取0.4；αi為該段刮板輸送機的傾斜角度。

根據式（1）可計算出各直線段的運行摩擦阻力，如表2 所示。

表2 各直線段摩擦阻力WN

2.2 傳送鏈各點張力

該選煤機傳送鏈的預張力為：

式中：α 為圓弧角度；f 為壓鏈塊處傳送鏈與流化床接觸面的摩擦阻力系數。

根據上述分析過程，可計算出12 個點張力，具體如表3 所示。

表3 各點張力SN

由上表數據可得主輪的驅動力W0=（S12-S1）+W12-1=32 454 N。

2.3 刮板受力

選煤機處于正常工作狀態時，刮板上受到的平均載荷為1.36 N/mm，刮板高度h 為35 mm，寬度b為100 mm，周長l 為2 000 mm。根據彎矩計算公式可得：承受最大彎矩Mmax=ql2/4=1 360 N·m；承受最大正應力σmax=6Mmax/bh2=67 N/mm2；最大彎矩與最大正應力均在刮板可正常使用的安全范圍內。

3 分析與優化設計

在礦井下較為惡劣的工作環境中，刮板輸送機易產生疲勞、磨損、斷裂等多種故障，通過對這些問題進行分析，并進行了相應的優化設計[6-8]。

1）排矸石口的傾斜角度設置為30°時，減小了選煤機體積，可避免重介質流出輸送機，但傾斜角度較大會導致壓鏈塊與轉角處的壓力與摩擦力較大，運行摩擦力也隨之增大，使得傳送鏈磨損速度變快。因此，排矸石口的傾斜角度應該根據煤炭的成分特點進行靈活調節，當煤炭中矸石較少時，傾斜角度可適當增大，反之則傾角較小。這樣設計可在避免介質流出的同時，盡量減小傳送鏈的運行摩擦力，以減輕傳送鏈的磨損。

2）刮板與布封板的間隔要求位于1.5～2.5 mm之間，對設計精度要求較高。此距離與刮板、密封墊、軌道、法蘭凸緣盤等部件的制造精度有關，因安裝及制造存在一定誤差，很難保證間隔距離符合標準，間隔誤差會導致沉淀物殘留在輸送機中，當沉淀物積累較多時就會影響重介質的流化與煤炭的篩選過程。此外，兩側壓鏈塊的距離較短，鏈條的驅動力也較大，鏈條不會發生漂浮現象，且刮板較長，體積較大的矸石易卡在刮板上，最終會導致刮板彎曲，嚴重時會導致傳送鏈斷裂。因此，為減小間隔誤差，可將軌道直接安裝在布封板上，以避免多部件的誤差累積，這樣既提高了刮板與布封板間隔的精度，又降低了石塊卡在刮板上的發生概率。

3）刮板的屈服極限值較低，可通過熱處理等方式提高刮板的彎曲強度。

4）壓塊鏈的主要作用是防止傳送鏈的跳動，雖然其結構簡單且價格較低，但會增大運行摩擦力，加重刮板的磨損程度。因此，可用壓鏈輪代替壓塊鏈，變為滾動摩擦后運行摩擦力大幅減小，從而減少了對刮板的磨損。但因壓鏈輪體積較大，可選擇將上層的壓鏈塊替換為壓鏈輪，下層仍采用壓鏈塊，這樣還可在一定程度上減少對刮板的磨損。

5）處于流動狀態的重介質會與傳送鏈產生摩擦，鏈條磨損程度較為嚴重，增大傳送鏈的尺寸可降低磨損帶來的影響，因此，可將傳送鏈的尺寸由14 mm×50 mm 改為18 mm×64 mm。

6）壓鏈塊與刮板的間隔較小，刮板頭部易卡在壓鏈塊與軌道之間，易導致壓鏈塊處的傳送鏈斷裂。因此，可將壓鏈塊與刮板之間的間隔距離適當擴大，同時將刮板頭部的尖角磨圓，可在一定程度上避免刮板頭部卡頓的現象發生。

7）鏈條和鏈輪之間若存在煤塊或其他雜物，因其占據了鏈條和鏈輪的咬合位置，會使鏈條運轉半徑突然增大，導致后面的鏈條提前錯位咬合鏈輪或兩側鏈條松緊不一致而發生跳鏈；刮板中心線與鏈輪中軸線出現偏斜、不平行等問題也會導致跳鏈。因此，需保證刮板機兩條鏈長度的一致性和安裝的正確性，將傳送鏈的松緊度調節好，以避免跳鏈現象的發生。

4 結語

選煤機排料系統所處工作環境較為復雜，將優化后的選煤機排料系統的刮板應用到實際生產后，刮板磨損、彎曲及鏈條斷裂等問題明顯減少。實踐證明，采用以上措施優化刮板結構，可提高選煤機的生產效率與安全性，對煤炭的實際生產工作具有一定的指導意義。