2011级采矿专业：刮板输送机选型设计

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。
（3-15）
将 以公式（1-17）代入，整理得
（3-16）
式中 ——链条由直变弯的阻力，N；
——链轴直径，mm；
——链轮直径，mm；
——链条绕进链轮时，相邻两链节转折的角度。
同理可得，在分离点链条由弯变直，因链轴上的摩擦给链轮旋转增加的阻力为
（3-17）
式中： ——链条由弯变直的阻力，N；
——链条在分离点的张力，N。
链条运动的加速度也随 角变化，其变化范围为
加速度变化曲线见图图3-3b。可以看出，链条在相遇点啮合开始时的加速度最大，随链轮旋转，加速度逐渐减到0，然后达到最大负值，到另一个链轮啮合时，链条运行的加速度，由最大负值突变到正最大值。加速度变化周期也是链轮旋转一个 角所需时间。最大加速度的绝对值为
（3-27）
(1).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。
(2).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。
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。
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。
如图3-2示，设链条的张力，在与链轮的相遇点为 ；与链轮的分离点为 。在相遇点由直变弯绕进链轮时，链轴上的摩擦阻力为
（3-14）
式中 ——相遇点链轴上的摩擦阻力，N
——链条在相遇点的张力，N
——链轴的摩擦系数。
图3-2 链条绕经链轮的阻力
把这个作用于链轴上的摩擦力 ，变位到链轮的节圆周上，即为链条转折弯曲的摩擦力给链轮旋转增加的阻力 。按作功相等的条件得
式中 为一个链节所对应的链轮的圆心角。
图3-3 链传动的速度分析
由此可知，即使链轮的角速度不变，链条的瞬时速度也是变化的，其速度特性如公式（3-25）所示，速度变化的周期为链轮旋转一个 。链条速度变化曲线日图图3-3b，链速的变化范围
由于链速的变化，链条运动中就有加速度，链条运动的加速度为
（3-26）
——链轮转轴的直径，mm。
由上分析得到，链条饶经链轮的阻力 为
（3-21）
令 （3-22）
则 （3-23）
由于公式计算复杂，使用中经常根据经验按直线段的运行总阻力的10%记为绕经曲线段的阻力，即
（3-24）
则饶经曲线段的阻力为
则刮板输送机运行总静负荷 为
3.3.3
链啮合传动，是驱动链轮通过轮齿与链节的啮合，将链轮旋转的转矩，变成直线牵引力给牵引链。链条是由许多刚性链节组成，绕经链轮时呈多边形围绕，链条是间歇地随相遇点轮齿运动。当链轮作等速圆周运动时，链条是变速直线运动，并以链轮旋转一个链节所对应的中心角为周期。这种运动特性，可由下述分析看出。
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。
（3-30）
实际上，链条不是刚体，在张力作用下它有变形。刮板输送机用的圆环链，其刚度视不同规格为（2～6）× N。
（3-2）
式中 ——刮板输送机的运输能力，t/h；
——中部槽物料运行时的断面积，㎡；
——装满系数；
——物料的散碎密度， ；
——刮板链速， 。
由任务书知 =0.85m/s，刮板输送机的运输能力Q=80t/h；装满系数取0.9，物料的散碎密度取900 。
由式（3-2）可得
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 420 150。
由图3-3b可以看到，后一个轮齿开始啮合的瞬间，链条的加速度从-- 增到+ ，在这瞬间的加速度为2 。如果参与这一加速度运动的质量为M，则链条所受的动负荷为2M 。由于这一负荷是瞬间施加的，按力学原理，突加载荷在链条中产生的应力大一倍。这样，链条所受的动负荷应按4M 计。考虑到这个变化瞬间，后一个轮齿啮合之前的加速度为 ，其惯性力与链条运动方向相同，因此，链条实际所受的最大动负荷按下式计算
把链条当作刚体，设链轮节圆的半径为R，链轮旋转的角速度为 ，如图图3-3a所示， 为相遇点轮齿的圆周速度 与水平线的夹角， 为链条水平运动的瞬时速度，可以看出，
（3-25）
角的大小，等于相遇点轮齿的半径与链轮纵轴线的夹角，这个夹角随链轮的旋转变化，从在相遇点刚开始啮合时的 ，逐渐减小到0，再逐渐增加到 。链轮继续旋转时，另一个轮齿在相遇点与链条啮合，链条的速度就随这个新的相遇点轮齿的运动而变化。据此，式（3-25）中 的变化范围为
(3).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，边双链刮板输送机的特点是过煤空间大，消耗能量小。缺点是水平弯曲时链条受力不均匀，溜槽磨损较大。边双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，选用边双链型刮板输送机。
链轮转轴上的摩擦阻力，当链条的饶进和绕出两股平行时
（3-18）
式中 ——链轮转轴上的摩擦阻力，N；
——链轮转轴的摩擦系数。
把作用于链轮转轴上的摩擦阻力 ，变位到链轮节圆周上，即为转轴上的摩擦力给链轮旋转的阻力 。按力矩相等的条件得
（3-19）
将 以公式（3-18）代入，整理得
（3-20）
式中 ——链轮轴上的摩擦阻力，N；
由链轮的几何关系得
（3-28）
将式（3-28）代入式（3-27）得
（3-29）
式中 ——链条最大加速度；
——链轮旋转的角速度；
——链节距；
R——链轮分度圆半径。
有以上分析可知链条是作变加速运动的。有加速度就有惯性力，因此，链条在运动中，不仅受静负荷，还受有动负荷，并且是周期性动负荷。加速度为正，惯性力的方向相反，动负荷使链条的张力增加；加速度为负，惯性力的方向与运行方向相同，动负荷使链条的张力减小。
3
不一定要按以下过程进行设计，按书上的简化设计计算也可以。
3.1
设计长度：L=80m，运输能力：Q=80t/h，链速：V=0.85m/s
3.2
按连续运行的计算公式，其运输能力为
（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
1
以下内容均由学生本人添加
1.1刮板输送机工作原理
1.2刮板输送机组成
1.3刮板输送机应用
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2
内容自己再添加
刮板输送机的传动系统比较简单，其传动方案图如图2-1所示。
图4-1 传动原理方案图
1-电动机；2-减速器；3-机头链轮；4-机尾链轮
2.2
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：
——空段直线段的总阻力，N；
——中部槽单位长度上的装煤量， ；
——刮板链单位长度的质量， ；
——刮板输送机的长度，m；
——煤在槽内运行的阻力系数；
——刮板链在槽内运行的阻力系数；
——重力加速度， ；
——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0.6—0.8，w1=0.3—0.4。
前
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。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，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。综合分析我国刮板输送机的使用现状，设计制造高性能的刮板输送机迫在眉睫。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边双链型刮板输送机。而后，对边双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，完成了边双链型刮板输送机的整体设计。此次设计的边双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、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。此次设计的边双链型刮板输送机的特点是过煤空间大，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。