刮板鏈間距對中部槽沖擊特性的影響規律研究

曹世超

（晉能控股煤業集團永定莊煤業公司， 山西 大同 037000）

0 引言

經濟、社會的飛速發展使煤炭資源的需求量不斷增加，極大地推動了煤炭掘進設備行業的發展[1]。刮板輸送機作為煤炭掘進工作的關鍵設備，經歷了較長時間的發展，與采煤機、液壓支架組成現代綜采系統[2]。隨著綜采機械系統的廣泛應用，刮板輸送機逐漸朝大輸送量、大驅動功率、高耐磨性方向發展[3]。中部槽作為刮板輸送機的重要組成部件，其工況極為復雜，既承受煤炭載荷又承受落煤沖擊，沖擊磨損較為明顯，是刮板輸送機常見故障之一[4]。相關研究報道，我國每年會有近60 萬節中部槽損壞，產生的經濟損失不可估量，且停工停產也會限制煤炭企業產量的進一步提升[5-6]。因此，以某煤炭企業刮板輸送機中部槽為研究對象，開展刮板鏈間距對中部槽沖擊特性的影響規律研究，以期為刮板輸送機設計與運維提供技術參考。

1 刮板鏈間距研究現狀及意義

目前煤炭行業使用較多的是雙鏈型刮板輸送機，本文研究的對象同樣是雙鏈型刮板輸送機。雙鏈型刮板輸送機中鏈條的布置形式分為多種，按照鏈條間距的差別可以將其分為中雙鏈、準邊雙鏈、邊雙鏈等結構形式。不同的鏈條布置形式在其工作過程中落煤與中部槽接觸和堆積狀態存在差異，且落煤與中部槽接觸質量也存在明顯不同。

目前，各專家學者對于刮板輸送機刮板鏈間距對中部槽沖擊損傷規律研究工作很少，使得刮板輸送機鏈間距設計方面缺乏有利的參考資料，筆者進行鏈間距對中部槽沖擊損傷影響規律研究工作，獲得規律性的結論，對于提高刮板輸送機鏈間距布置的合理性具有重要意義。

2 模型建立及參數設置

2.1 模型建立

研究刮板輸送機刮板鏈不同鏈間距對中部槽沖擊特性的影響規律，就需要建立不同鏈間距的刮板輸送機中部槽模型，此處設置三種不同鏈間距的模型，分別為中雙鏈、準邊雙鏈和邊雙鏈，三者的鏈間距數值分別為140 mm、420 mm 和700 mm。完成三種刮板鏈間距計算模型建立工作，如圖1 所示。

圖1 刮板鏈間距計算模型

2.2 參數設置

完成刮板輸送機刮板鏈間距計算模型建立之后，在EDEM軟件中進行仿真計算參數的設置工作，主要仿真計算參數如下：采煤機落煤位置至中部槽表面的高度數值為1 m，落煤種類選擇無煙煤，仿真計算過程中設置中部槽側傾角和前傾角均為0°，仿真計算時間為5 s。

3 仿真計算

依據刮板輸送機實際運行工況，重點分析不同刮板鏈間距對中部槽沖擊磨損深度和法向累計接觸能量的影響規律。仿真計算采用的軟件是EDEM，計算完成提取仿真計算結果數據，運用Origin 軟件繪制趨勢曲線。

3.1 刮板鏈間距對中部槽沖擊磨損深度的影響

3.1.1 結果統計

統計鏈間距與中部槽沖擊損傷深度仿真計算結果，繪制出二者之間的對應曲線，如圖2 所示。由圖2可以看出，隨著落煤時間的延長，中部槽沖擊損傷深度數值呈現出不斷上升的趨勢。其中邊雙鏈結構形式下中部槽沖擊磨損深度數值為1.67×10-6mm，準邊雙鏈結構形式下中部槽沖擊磨損深度數值為1.35×10-6mm，中雙鏈結構形式下中部槽沖擊磨損深度數值為1.19×10-6mm。

圖2 刮板鏈間距與中部槽沖擊損傷深度之間的對應關系

3.1.2 分析與討論

不同刮板鏈間距布置形式下中部槽出現沖擊損傷深度不同的主要原因，可能是落煤與中部槽接觸面積存在差異，進一步分析可以得出，不同刮板鏈間距布置形式對應的落煤與中部槽接觸面積大小關系，為邊雙鏈＞準邊雙鏈＞中雙鏈。刮板輸送機連續運行過程中，落煤與中部槽接觸面積越小，則中部槽承受的落煤重量就會越少，進而使中部槽沖擊損傷深度也就越小。仿真開始時的前0.5 s 落煤尚未與中部槽接觸，故而存在一段中部槽無沖擊損傷的區段，之后的0.5～5 s 時間段內，三種刮板鏈間距與中部槽中間損傷深度對應關系曲線存在微小波動，主要原因可能是落煤在刮板的作用下不斷前移，使落煤對中部槽的沖擊載荷不斷變化。

3.2 刮板鏈間距對中部槽法向累計接觸能量的影響

3.2.1 結果統計

統計鏈間距與法向累積接觸能量仿真計算結果，繪制出二者之間的對應曲線，如圖3 所示，隨著落煤時間的延長，中部槽法向累積接觸能量數值呈現出不斷上升的趨勢。其中邊雙鏈結構形式下中部槽法向累積接觸能量數值為3.64 kJ，準邊雙鏈結構形式下中部槽法向累積接觸能量數值為2.55 kJ，中雙鏈結構形式下中部槽法向累積接觸能量數值為2.01 kJ。

圖3 刮板鏈間距與法向累積接觸能量之間的對應關系

3.2.2 分析與討論

不同鏈間距形式下的中部槽法向累計接觸能量大小關系是邊雙鏈>準邊雙鏈>中雙鏈，出現此現象的可能原因如下：邊雙鏈結構形式下中部槽受到落煤的沖擊作用較大，刮板鏈靠邊布置不能起到緩沖作用；而準邊雙鏈和中雙鏈結構形式下中部槽受到落煤的沖擊作用較小，刮板鏈靠中布置可以起到一定的緩沖作用。

對比三種刮板鏈不同結構形式的中部槽法向累計接觸能量可知，中雙鏈結構形式下中部槽法向累計接觸能量最小，刮板鏈起到的緩沖作用最好。0～0.5 s時間段中部槽未出現法向累計接觸能量的原因是落煤尚未接觸中部槽；0.5～1.5 s 時間段中部槽法向累計接觸能量呈現出較快的增長趨勢，出現如此現象的原因是落煤堆積較少，落煤直接沖擊中部槽；1.5～5 s時間段中部槽法向累計接觸能量變化趨勢趨于平緩，出現該現象的原因是落煤堆積出現“料打料”情況，此時在刮板鏈的作用下落煤前移導致法向累計接觸能量存在較小波動。

4 結語

中部槽作為刮板輸送機經常出現故障的關鍵部件，其工作的可靠性至關重要。以某煤炭企業運行的刮板輸送機作為研究對象，借助EDEM 仿真計算軟件，開展了不同刮板鏈間距對中部槽沖擊特性的影響規律研究。結果表明，隨著落煤時間的延長，不同刮板鏈間距下的沖擊磨損深度和法向累計接觸能量均呈現不斷增加的趨勢，對中部槽沖擊磨損深度和法向累計接觸能量影響程度大小關系為邊雙鏈＞準邊雙鏈＞中雙鏈。不同刮板鏈間距對中部槽沖擊深度影響程度不同的根本原因是不同刮板鏈間距影響落煤與中部槽的接觸面積，沖擊面積越大，沖擊損傷程度越大；不同刮板鏈間距對法向累計接觸能量影響程度不同的根本原因是刮板鏈布置位置越靠中間，對落煤與中部槽的緩沖作用越明顯，法向累計接觸能量越小。