中单链型刮板输送机设计

W W
式中

——弯曲段中心角。
空段和重段两个弯曲段的附加阻力，由式（附-2）得
(2 3) 2f s 3 s 2 s 2(e 1) 2f s 7 s 6 s 6(e 1)
（3-11） （3-12）
(6 7)
W W s
2
(2 3)
——空段弯曲段的附加阻力； ——重段弯曲段的附加阻力；
1 前言
采掘下来的煤或其它有用矿物，只有运出矿井才有使用价值。因此，运输是煤炭生 产过程中非常重要的一部分。刮板输送机是煤炭装运的第一个环节，因此，刮板输送机 的输送能力在很大程度上决定了采煤工作面的生产能力和效率。然而，井下运输在工作 面和巷道中进行，巷道是根据煤层条件，按开采方法的需要，综合各种要求，在煤层或 岩石中开凿出的。因此，井下运输条件的特点是：在有限断面的巷道内运行；线路是水 平和倾斜交错连接；运输的货载品多种多样；装载点常常变更，有的线路需经常延长或 缩短；机械化采煤连续生产、小时生产率高；环境湿度大，有的工作地点有沼气或煤尘。 由此可见，作为为采煤工作面和采区巷道运煤的机械——刮板输送机在使用中，要承受 拉、压、弯曲、冲击、摩擦和腐蚀等多种作用，必须要有足够的强度、刚度、耐磨和耐 腐蚀性。由于它的运输方式是物料和刮板链都在槽内滑行，运行阻力和磨损都很大。但 是，在采煤工作面运煤，目前还没有更好的机械可代替它。只能从结构上、强度上和制 造工艺上不断研究改进，使它更加完善、耐用。由此可见，刮板输送机是煤炭等矿物运 输中必不可少的运输机械。 然而，我国刮板输送机的技术水平只相当于 80 年代初期的国际水平,落后于国际先 进水平 10～15 年，与国外相比，我国刮板输送机技术水平低，主要表现在： a. 装机功率小,输送能力低,运输距离短。 b. 我国工作面刮板输送机ＣＳＴ可控驱动装置、ＡＣＴＳ自动调链装 和工况监测系统等均为空白。 c．耐久性差,可靠性低，事故率高，寿命短。
2
右采煤工作面的需要。另外，可以很容易将机尾改装成机头，而适应各种特殊情况。此 次设计的中单链型刮板输送机的特点是结构简单,受力均匀,运行平稳,摩擦阻力小,溜槽 利用率高，弯曲性能好,不易出现堵塞，具有很强的适应性。
2 方案选定
刮板输送机链条在溜槽内布置方式，常用的有中单链、中双链及边双链。其特点分 别是： a. 中单链。 刮板在溜槽内起导向作用， 一条链条位于刮板中心。 其特点是结构简单， 弯曲性能好，链条受力均匀，溜槽磨损小。其缺点是过煤空间小，机头尺寸较大，能量 消耗较大。 b. 边双链。链条和连接环起向导作用，链条位于刮板两端。其特点是过煤空间大， 消耗能量小。其缺点是水平弯曲时链条受力不均匀，溜槽磨损较大。 c. 中双链。 刮板在溜槽内起向导作用，两条链条在刮板中间， 其间距不小于槽宽的 20%，其特点是链条受力均匀，溜槽磨损小，水平弯曲性能好，机头尺寸较小，单股链条 断时处理方便。缺点是过煤空间小，能量消耗大。 综上，中单链刮板输送机的特点是结构简单,事故少,受力均匀,运行平稳,摩擦阻力 小,溜槽利用率高和弯曲性能好,在输送机上不易出现堵塞。缺点是预张力较大。中单链 可弯曲刮板输送机系列适用于厚度在 0.8 米以上，倾角在 ±15°之间的缓倾斜工作面， 也可用于顺槽及煤巷掘进面。本机主要适用于缓倾斜中厚煤层长壁式经济综采或高档普 采的回采工作面，在放顶煤回采工作面应用也越来越多，可与采煤机、液压支架等设备 配套，以实现回采工作面的落煤、装煤、运煤、支护和工作面的连续作业等。又考虑到 所设计的刮板输送机的运输功率比较小和上述各种链型的特点，选用中单链型刮板输送
4
3 刮板输送机的整体 设计计算
3.1 任务书要求：
设计长度：L=40m，运输能力：Q=30t/h，链速：V=0.63m/s。
3.2 运输能力
按连续运行的计算公式，其运输能力为
Q 3.6 F
（3-1）
式中运行物料的断面积 F，与中部槽的规格及其承载能力有关。中部槽运行物料断 面的上界限呈曲线形，形状与物料的性质、块度情况有关，需经实测确定，通常按等腰 三角形计算，其底角 取物料的堆积角，一般取 20～30°计，按物料性质、块度情况选 定。F 按中部槽的尺寸由几何关系求得。由于刮板链占据一定空间，实际面积比 F 小一 些，计算时要乘以小于 1 的装满系数 。故运输能力按下式计算
q ——刮板链单位长度的质量， kg / m ；
1
L ——刮板输送机的长度，m；
6
——煤在槽内运行的阻力系数；

1
——刮板链在槽内运行的阻力系数；
g ——重力加速度， m / s 2 ；
——倾斜角度。
“+” “-”号的选取，该段向上运行时取“+” ，向下取“-” 。 阻力系数的数值，与煤的性质、刮板链型式、肿部槽型式、安装条件等许多条件有 关。准确值需由实验得到，通常计算时，单链 w 取 0.4—0.6，w1=0.3—0.4。 当机身在中部槽平面有弯曲段时，如图 3-1。在弯曲段，刮板链沿槽帮滑行，相当 于牵引链绕固定的圆弧导向体。这种情况下应按式（附-1）式（附-2）另计弯曲段的附 加阻力。工作面用可弯曲刮板输送机是在这种情况下运行。弯曲段的中心角 可由几 何关系求出。
中部槽单位长度的装煤量
（3-13）
q
Q 30 13.2275kg / m 13kg / m 3.6V 3.6 0.63 1.05kg / m
，L=40m,根据具体使用情况，取
取 w=0.5,w1=0.35,查圆环链表得 q 1
、 （3-4）计算得 10o ，由式（3-3）

（3-7） （3-8）
L
由 ABE 得
0
4aR a 2
sin

2

a
2 L2 a
（3-9）


式中

2 arcsin
a
2 L2 a
（3-10）

——相邻两节中部槽间的最大折曲角；
l ——标准中部槽长，m；
R——弯曲段的半径，m；
a ——机身推移距离，m；
L ——弯曲段全长，m；
1
近几年综采技术的发展速度很快， 刮板输送机必然随着综采技术的发展而继续发展,其发 展趋势是: a. 向大型化发展。 b. 向高耐久性,高可靠性方向发展。 c. 向智能化自动化方向发展。采用ＣＳＴ可控驱动装置和ＡＣＴＳ自动调 链装置及工况监测系统等，增设自动紧链和工况监测显示,传输及报警系统,为双高工作 面进一步扩大发展创造条件。 d. 向标准化、规范化方向发展。输送机另部件普遍标准化,规范化,保证设 计、加工质量和水平。 e. 向高适应性发展。适应不同综采工艺的工作面刮板输送机将会继续发 展。 f. 链条将普遍采用强化链,既有利于降低机身高度,增大装煤量,又有足够 强度。同时,随着链环强度的提高,单链重型刮板输送机将得到很大发展。 g. 长运输距离。为了减少采区阶段煤柱的损失量，加大工作面的长度，刮 板输送机的长度应加大。 h. 长寿命。由于使用大直径圆环链，增加了刮板链的强度，延长了刮板输 送机的寿命。 然而，我国生产技术落后，目前设计生产的刮板输送机装机功率小,输送能力低,运 输距离短， 耐久性差,可靠性低，寿命短， 而刮板输送机是综采工作面配套设备的重要组 成部分,是煤炭装运的第一个环节,在很大程度上决定了采煤工作面的生产能力和效率， 因此，研究制造自己的高产高效输送机迫在眉睫。本文首先综合比较了各种类型输送机 的特点，根据实际情况选用了中单链型刮板输送机的设计。而后，对中单链型刮板输送 机进行了总体结构设计。对机头传动装置、过渡槽、中部槽、刮板链、刮板、链轮、机 尾等主要部件进行了技术分析和结构设计，完成了中单链型刮板输送机的整体设计。此 次设计的中单链型刮板输送机左右两侧对称，可以在两侧壁上安装减速器，以适应左、
3
机。 目前，刮板输送机的机头、机尾部采用螺栓连接，而连接螺栓强度不足，容易断裂， 可靠性不高，为此，本次设计机头、机尾部采用焊接板式，这样可以减少螺栓连接不但 可以提高可靠性，而且可以减少孔和螺纹的加工而减少工序，降低成本。另外，考虑设 计的输送机运输量较低，功率比较小，因此，即使重载启动需要的电动机转矩也不会太 大，电动机和减速器用弹性联轴器连接就可以满足要求，这样不使用液力耦合器，不但 可以减小机头的体积和重量， 也省掉了向工作面输送工作液等过程,减少了材料消耗和对 环境的污染,没有因密封漏油而失效的问题，从而可以降低成本，提高经济性。 刮板链的强度问题一直是困扰国产刮板输送机的大问题。由于磨损、疲劳、自身质 量差、 锈蚀等原因,使新链条在使用 3 个月后断链事故明显增多。 为此， 链条将采用圆环 链，既有利于降低机身高度,增大装煤量,又有足够强度。 国产刮板输送机的联接螺栓可靠性普遍较差,机头、 机尾推移部上的联接螺栓经常出 现拉断现象,造成推移困难， 铲煤板和刮板上的螺栓经常出现松动、 脱落,造成零件丢失, 影响铲煤和运煤效果， 使中部头强度不足。 因此，中部槽采用整体铸造和轧制,尽量减少 螺栓联接，为了减少空载功率消耗,中部槽采用封底结构取消铲、挡板的联接螺栓,提高 工作可靠性。
F
Q 30 0.01633m 2 3.6 3.6 0.9 900 0.63
根据所选链型，查《刮板输送机中部槽尺寸系列》 ，得中部槽尺寸：1200 280 125。
3.3 运行阻力
刮板输送机运行阻力按直线段和曲线段分别计算。
3.3.1 直线段的运行阻力 Wz
沿倾斜运行的刮板输送机的重段直线段。 运行时除了要克服煤和刮板链的运行阻力， 还要克服煤和刮板链的重力。 通常将它们一起计为总运行阻力。 作为牵引构件的刮板链， 在重段直线段运行的总阻力为
W W
式中
zk
(q q 1) Lg cos (q q ) Lg sin
1 1
（3-3）
刮板链在空段直线段的运行总阻力为
k
q Lg ( 1 cos sin )
1
（3-4）
W W
zk
——重段直线段的总阻力，N；
k
——空段直线段的总阻力，N；
q ——中部槽单位长度上的装煤量， kg / m ；
W W
估算弯曲段的附加阻力为
k
70 N
3607 N zk
。
W fj (Wzk Wk ) 10% 0.1 (3607 70) 367.7 N
则直线段的运行总阻力
Wz 3607 367.7 3974.7 N
3.3.2 绕经曲线段的阻力
链条绕经链轮的阻力，由以下三部分组成： a. 在链条与链轮的相遇点，当它由直线变成弯曲时，因链条的转折所产生的阻力
Q 3.6 F
式中
（3-2）
Q ——刮板输送机的运输能力，t/h； F ——中部槽物料运行时的断面积，㎡；
——装满系数；
5
——物料的散碎密度， kg / m3 ；
v ——刮板链速， m / s 。
由任务书知 v =0.63m/s，刮板输送机的运输能力 Q=30t/h；装满系数取 0.9，物料的 散碎密度取 900 kg / m3 。 由式（3-2）可得
(6 7)
、 s 3 、 s 6 、 s 7 图图 3-1b 中各点的张力；
8
f ——刮板链与槽帮间的Biblioteka Baidu擦系数，可取为 0.4； e ——自然对数的底。
由于按理论推导的公式计算麻烦， 而且实际情况多变， 所以经常按直线段阻力的 10% 记为弯曲段的附加阻力W fj 。即
W fj (Wzk Wk ) 10%
图 3-1
机身弯曲段及其几何关系
如图图 3-1 所示， 图 a 为在工作面内弯曲段的相关尺寸； 图 b 为刮板链的运行系统； 图 c 为弯曲段中线的几何关系。 由图 d 得
sin

2

l 2R
7
（3-5）
R
l 2sin

2
（3-6）
由图 c 的 COD 得
R 2 ( L )2 ( R )2 2 2
W；
b. 链轮转轴上的摩擦阻力W ； c. 在链条饶出链轮的分离点，当它由弯变成直时，因链条的转折所产生的阻力
W 。
9
如图 3-2 示，设链条的张力，在与链轮的相遇点为 s y ；与链轮的分离点为 s l 。在 相遇点由直变弯绕进链轮时，链轴上的摩擦阻力为