煤礦刮板輸送機溜槽失效分析及改進

李彥凱

（冀中能源機械裝備集團通方煤礦機械有限公司，河北 邯鄲 056000）

隨著煤礦生產要求的不斷提高，刮板輸送機的應用面臨更強荷載，誘發其溜槽失效的原因趨于多樣化。當前技術條件下，技術人員應準確把握煤礦刮板輸送機溜槽結構與運行特點，創新方式方法，強化對溜槽失效問題的辨識控制，多維度提升其應用可靠性。

1 煤礦刮板輸送機溜槽結構及運行

刮板輸送機是現代煤礦生產流程中的重要機械設備，對于保障煤炭順利有序輸送，有效提高生產作業效能等具有直接作用。溜槽作為刮板輸送機的機身構成部件，發揮著煤炭運輸的現實作用，其結構大致可分為中部槽、連接槽和調節槽等部分。其中，中部槽主要有中板、支座、槽幫鋼和高錳鋼凸端頭等焊接而成，構造成為上下兩層槽結構，在整個溜槽中所占比例最大。

近年來，廣大煤礦生產單位不斷總結煤礦刮板輸送機溜槽結構的優化改進，在細化設計規范流程，精準校核分析結構數據等方面進行了積極探索，形成了邊雙鏈、中雙鏈和中單鏈等多種樣式，顯著提高了溜槽結構在實際運行中的穩定性，保障了煤礦生產中輸送環節的實際效果。

在煤礦刮板輸送機運行中，刮板鏈通常充當牽引機構，繞過機頭和機尾處于無極循環狀態，而整個過程中所產生的負荷則主要集中于溜槽結構上。在液力耦合裝置和減速裝置輔助下，溜槽拖動煤料在特定方向上完成輸送。受拉壓、摩擦、沖擊和震動等影響，溜槽難免會出現失效現象，降低煤礦刮板輸送機實際工況效能，需要給予重視，并采取專業技術措施進行防范處理。

2 煤礦刮板輸送機溜槽失效原因分析

2.1 磨料磨損

在當前煤礦刮板輸送機構造中，刮板鏈在加工制造過程中通常會形成諸多凸起或棱角等，在運送輸送狀態下會對溜槽結構產生特定強度的摩擦，尤其在煤炭輸送量和輸送強度較大時，更容易加劇磨料磨損[1]。煤礦刮板輸送機溜槽結構的剛度條件和強度條件相對較低，與之相比，刮板鏈的硬度則相對更高，通過長時間相對運動，二者接觸區域的摩擦效應將更加明顯，加劇溜槽失效。在煤矸石等磨料作用下，溜槽構件在外在表現上還會出現微切割狀態。

2.2 黏著破損

在煤礦刮板輸送機運行中，溜槽等各項構件會形成密切接觸，接觸部分容易形成微凸體，這些微凸體的存在直接改變了各構件間的受力狀態，在負荷狀態下滑動作用下誘發形成黏著破損。黏著破損的形成與發展是一個連續性的過程，外部形態通常表現為出現程度不一的碎屑，當荷載應力超出界限強度時，則會導致溜槽失效，且容易形成基于塑性狀態的縱向剪切破壞。在黏著破損影響下，溜槽失效狀態將更加明顯，刮板輸送機運行穩定性將顯著降低。

2.3 磨蝕磨損

磨蝕磨損同樣是煤礦刮板輸送機溜槽失效的重要原因。通常情況下，刮板輸送機的實際工況環境相對復雜，不僅所處環境空氣濕度大，而且浮游著諸多類型的氣體離子。在氣體離子和水分子等長期影響下，溜槽結構構件的表面會出現水化反應，久而久之形成銹蝕，并由點狀向面狀傾向擴散，影響溜槽實際應用效果。磨蝕磨損與黏著磨損之間存在相互轉化關系，在二者共同作用下導致溜槽裂縫。在該狀況下，當溜槽外部摩擦力超出負荷限值，則會出現脫落。

2.4 接觸疲勞磨損

煤礦刮板輸送機不同的構成部件具有不同的實際功能，共同完成煤料的輸送任務，而這一效果的實現往往需要采用滾動或滑動等方式。無論是滾動方式還是滑動方式，均會導致溜槽接觸疲勞磨損，多部件之間長期接觸摩擦，彼此之間形成較強應力作用，出現疲勞脫落失效現象。在運載作業過程中，煤塊和矸石等會對刮板輸送機各項構件產生顯著應力作用，當出現接觸疲勞磨損后，溜槽的正常穩定運行狀態將被打破。

3 煤礦刮板輸送機溜槽失效的優化方法

3.1 加強對新型耐磨溜槽的設計探索

縱觀以往煤礦刮板輸送機溜槽設計實際，更多情況下會將高錳鋼作為基本材料，這種材料盡管具有較大強度條件，但重量同樣相對較大，會直接增大刮板輸送機整體重量，使溜槽在實際使用過程中形成更大強度比[2]。同時，高錳鋼抗腐蝕能力相對不足，尤其在濕度系數較大的環境下更容易加劇銹蝕現象，加之酸堿環境影響，更容易加大能耗。對此，應研究開發可應用于刮板輸送機溜槽的新型材料，比如聚己內酰胺等，該類材料具有較低的聚合溫度，在實際應用中的力學性能表現相對優越，可形成更加穩定有效的整體荷載，且便于安裝操作與維護，具有廣泛的應用前景。在部分煤礦生產中，已有單位對溜槽設計進行了創新，取得了各類新型材料應用的理想效果。

3.2 加強對溜槽成分與溜槽表面的技術處理

溜槽成分與溜槽表面狀況的優劣與其失效問題具有直接關聯，如何通過專業技術處理方法，優化其成分構成，提升溜槽表面耐磨性能，成為改進溜槽構造方式的重要內容。

一方面，應根據煤礦刮板輸送機應用環境要求等，對以往溜槽成分進行分析，針對影響其剛度條件和強度條件的各類成分要素，分別進行優化處理，以有效防止黏著磨損和磨蝕磨損等。

另一方面，強化對溜槽表面的專業技術處理，借助數字化控制工藝等，嚴格控制溜槽中部槽、中板表面、熔覆合金等質量，減少潛在的凸起或棱角，以構造形成良好的耐磨性能。依托于專業化的溜槽技術處理，刮板輸送機的整體荷載能力將更加突出，可在更短時間內完成更多數量的煤料輸送任務，且使用壽命更長。

3.3 加強對堆焊技術的有效應用

堆焊技術的創新發展與實踐運用，為新時期刮板輸送機溜槽失效改進提供了更為先進完善的技術載體，使傳統技術條件下難以實現的優化改進效果更具實現可能。對此，在溜槽堆焊作業中，應首先將附著于其表面的各類污垢和銹跡等進行充分清除，保證作業面的光滑完好狀態，然后進行施焊。正式焊接前，應對溜槽焊接作業區域和材料進行預熱，適度提高其溫度數值，形成良好堆焊性能。由于基材母材和中板耐磨層的技術參數明顯，為保證堆焊過渡層的作業效果，應同時做好打底處理，有效消除后期焊接應力，避免出現脫離。在焊接溫度達到技術要求后，方可進行正式堆焊操作。若堆焊完成后，發現鏈道犁溝存在外力凹凸，則可進行二次補平處理，并清理殘留焊渣。

3.4 加強刮板輸送機維護管理，延長使用壽命

煤礦生產作業的連續性要求較高，刮板輸送機容易長期處于高負荷狀態，溜槽所遭受的外部應力會對其整體技術性能產生影響，因此做好相關設備的維護管理至關重要。在溜槽安裝前，應對其構成部件的技術參數進行嚴格校對，確保其綜合性能能夠滿足連續性工作要求；在安裝中，則應確保溜槽各個部位的安裝接口距離等，保持構件平直狀態。制定行之有效的刮板輸送機維護管理規范，定期對其施工狀況進行調整優化，做好對其負荷參數的監測管理，以動態化的方式調整其運行效果，杜絕出現違規操作行為。執行嚴格的溜槽維護管理規章制度，對于維護管理中發現的各類缺陷或故障等問題，應第一時間予以處理，保證各個構件正常運作。

4 刮板輸送機溜槽沖擊荷載研究

4.1 沖擊模型的建立

為有效改進溜槽設計效果，可采用沖擊模型的方式對其沖擊荷載進行描述分析，以清晰地觀察溜槽所遭受的外部荷載強度，以此輔助刮板輸送機維護管理節點的選擇。對此，可選擇具有代表性的荷載應力參數，構建基于溜槽應力狀態的沖擊模型，分析重物在輸送帶上所產生的最大變形，并在考量損耗恢復系數的同時，形成模型。依托于沖擊模型，溜槽所承受的荷載強度可通過輸送帶垂向變形剛度系數和重力作用下輸送帶垂度反映出來，并按照彈性模量的優化算法，得到彈性接觸力。當彈性接觸力超出溜槽額定荷載時，則會出現外在異常現象。

4.2 溜槽所受壓力計算

在不同壓力影響下，刮板輸送機溜槽的失效狀態與失效節點等存在明顯不同，通過準確計算其所遭受的階段性壓力，可對溜槽失效狀態作出分析與預測。對此，可采用軟件模擬技術，對載有散狀煤料的刮板輸送機橫截面等參數進行協同模擬分析，以直觀化的方式觀察溜槽內部結構摩擦力等參數狀態。將模擬獲取到的實際值與溜槽摩擦力目標值進行對比分析，設定符合技術規范的偏離幅度，若明顯超出偏離允許值，則應對溜槽側面間隙作出優化調整。在煤料重力加速度影響下，合理調整物料堆積密度，設置刮板節距等[3]。

4.3 溜槽尺寸的優化改進

在煤礦刮板輸送機構造體系中，影響荷載應力變化狀態的構件主要為刮板、刮板鏈和擋煤板等，這些同時也是優化改進溜槽尺寸的重要考量因素。在技術參數層面，溜槽尺寸的優化設計應涵蓋溜槽寬度、溜槽高度、溜槽厚度等，結合物料單位長度、體積和質量等，校核分析摩擦參數和物料孔隙率等，使溜槽尺寸能夠滿足連續性生產作業要求，降低失效現象發生概率。將煤礦刮板輸送機輸送的煤料進行分層，為上層煤料和下層煤料分別賦予摩擦參數，然后觀察該參數下溜槽應力荷載狀態，以得出靜止狀態下溜槽內部平面受力情況。

4.4 控制直線型溜槽傾角

研究表明，煤礦刮板輸送機溜槽傾角對煤料的輸送速度具有顯著影響，傾角參數越大，煤料所遭受的重力作用相對較大，輸送過程中的煤料堆積相應增大，速度同樣會形成正相關關系。因此，應通過控制優化直線型溜槽傾角參數，控制煤料輸送軌跡和速度，降低物料落差，減小溜槽所遭受的外力沖擊影響。傾角參數的具體計算應考慮煤料密度、煤料動堆積角度、轉載落差和卸載傾角等數值大小，根據不同參數之間的關聯關系，實現溜槽傾角最優化。對溜槽傾角的階段性效果進行評價分析，驗算煤料滑落速度，判斷溜槽磨損程度。

4.5 控制溜槽表面形狀跑偏影響

煤料輸送過程中會釋放出相應的流動性，通過優化控制溜槽表面形狀，可使煤料在輸送中的分布狀態更加均衡，有助于降低對輸送帶跑偏的影響，延緩溜槽失效問題的發生[4]。

在當前技術條件下，溜槽表面可大致分為U 型表面和平底表面等兩種類型，二者在適用條件、流動軌跡與效果預期等方面存在一定差異，應根據煤礦刮板輸送機的具體工況需求予以綜合設定。對于U 型表面溜槽，煤料流動中向中心線聚集的趨勢更為明顯，而平底表面溜槽則難以使煤料向輸送帶中央轉移。通過優化設置溜槽表面形狀，同時可輔助對裝載點處兩側煤料質量差值的優化調整。

4.6 優化溜槽與輸送帶最小張力的限制條件

煤礦刮板輸送機在啟動、制動和穩定運行等狀態下，溜槽與輸送帶最小張力各不相同，為能夠獲得充足摩擦力完成煤料輸送任務，降低溜槽損耗，應優化其限制條件，將最小繞入張力和繞出張力等限定在荷載強度允許范圍內。

影響上述限制條件的因素包括煤料質量、煤料落差、輸送帶張力和托輥間距等，可采用正交試驗方法確定具體優化方法，為各項影響參數指標賦予相應權重，得出最小張力下的限制條件。針對溜槽磨損發生的具體位置，可對法向累計接觸能量和切向累計接觸能量等分別做出優化分析。

5 結語

受工況條件、材料運用與荷載分析等要素影響，當前導致煤礦刮板輸送機溜槽失效的原因是多方面的，不利于實現刮板輸送機的最佳應用成效[5]。因此，技術人員應摒棄傳統陳舊的技術方法束縛，精準把握刮板輸送機溜槽失效問題的誘發原因，宏觀審視溜槽失效問題對煤礦生產效能產生的直接影響，建立健全基于全流程的刮板輸送機溜槽失效跟蹤監測控制體系，積極有效地運用科學算法，為準確排除溜槽失效誘因奠定基礎，為保障煤礦工業生產事業高質量發展貢獻力量。