刮板输送机设计计算

第四章 刮板输送机设计计算
4.1刮板输送机输送能力的计算
4.1.1工作面刮板输送机的输送生产能力计算
刮板输送机输送能力Q 按下式计算：
Q =3600Av ρ （4-1）
式中 Q ——刮板输送机输送量（t/h ）； A ——溜槽上物料装载断面（m 2）； v ——刮板链条速度（m/s ）； ρ——物料堆积密度（t/m 3）。

4.1.2溜槽上物料断面积A 计算
图4-1 溜槽中货载最大断面积
溜槽上物料断面积A ：
4
)(212
11200321D h b b b C h b A A A A e π-⨯-++=-+= （4-2）
式中 A 1、A 2——单侧挡板溜槽上物料断面各部分的面积（m 2）；
A 3——导向管断面面积（m 2）； b ——溜槽宽度（m ）； h 0——溜槽槽口高度（m ）； b 0——溜槽槽口宽度（m ）；
h 1——刮板输送机工作时档煤净高（m ）； α——物料的动堆积角，取α=20˚；
m 3.020tan )085.02.073.0(tan )(121=︒⨯-+=⨯-+=αb b b h
b 1——溜槽上框架宽度（m ）； b 2——溜槽距挡板的距离（m ）； D ——导向管直径（m ）； C e ——装载系数。

)(m 159.0 4
07.014.33.0)085.02.073.0(9.021087.056.022
=⨯-⨯-+⨯⨯+⨯=A
Q =3600×0.159×1.04×0.9=535(t/h)
4.1.3刮板输送机上的物料断面面积的计算
当给定工作面刮板输送机的生产能力，验算溜槽最大物料断面面积A'：
159.0119.09
.004.13600400
3600=<=⨯⨯==
'A v Q A e ρ(m 2)
所设计的刮板输送机中部槽尺寸满足生产能力要求。

4.2刮板输送机水平弯曲段几何参数的计算
工作面刮板输送机，随着采煤机的移动，需要整体逐段向煤壁推移，使工作面刮板输送机呈蛇形弯曲状态。

如图4-2所示。

图4-2 刮板输送机水平弯曲段示意图
4.2.1弯曲段曲率半径R 的计算
弯曲段曲率半径R ：
2
sin 2a l R '=
（4-3） 式中 R ——弯曲段曲率半径（m ）；
α'——相邻溜槽间的偏转角度（˚）； l 0——每节溜槽长度（m ）。

65.282
3sin
25.1=︒
⨯=
R (m)
4.2.2弯曲段长度L w 的计算
弯曲段长度L w ：
24a aR L w -= （4-4）
式中 L w ——弯曲段长度（m ）；
a ——刮板输送机一次推移步距（m ）。

27.86.065.286.042=-⨯⨯=w L （m ）
实用中要确保刮板输送机弯曲段长度不小于L w =8.27m 的计算值。

4.2.3弯曲段对应的中心角α0的计算
弯曲段对应的中心角0α：
2
2
02arcsin
a
L a w
+=α (4-5)
式中 0α——弯曲段对应的中心角，一般用弧度表示（rad ）。

145.030.86
.027.86.0arcsin
22
2
0=︒=+⨯=α（rad ）
4.2.4弯曲段的溜槽数N 的计算
弯曲段的溜槽数N ：
2l R N α⋅=
(4-6) 式中 N ——弯曲段所需溜槽数量，输送机整体推移时0
l L
N =； a 0——弯曲段对应的中心角（rad ）。

54.55
.1145
.065.282=⨯⨯=
N
4.3刮板输送机运行阻力的计算
4.3.1刮板输送机每米长度物料质量q 的计算
刮板输送机每米长度物料质量q ：
v
Q q e
6.3=
(kg/m) (4-7) 式中 Q e ——刮板输送机输送量(t/h)。

8.10604
.16.3400=⨯=q （kg/m ）
4.3.2刮板链条每米长度质量q 0的计算
刮板链条每米长度质量，与链条直径、刮板链条形式及溜槽宽度等因素有关，其数值如表4-1所示。

由表4-1查得0.400=q （kg/m ）
4.3.3刮板输送机有载分支的基本运行阻力W zh 的计算
图4-3 刮板输送机运行阻力计算图
刮板输送机有载分支的基本运行阻力W zh ：
ββωωsin )(cos )(00⋅⋅⋅+±⋅⋅'⋅+⋅=g L q q g L q q W zh （N ） (4-8)
式中 W zh ——刮板输送机有载分支基本运行阻力（N ）； L ——刮板输送机设计长度（m ）； g ——重力加速度，取g=10m/s 2； β——刮板输送机倾角（˚）；
q ——刮板输送机每米长度物料的质量（kg ）； q 0——刮板链条每米长度的质量（kg ）； ω——物料在溜槽中移动的阻力系数；
ω'——刮板链条在有载分支溜槽中移动时的阻力系数； “±”——根据刮板链条向上运输时取“+”号；反之取“－”号。

128.1kN
100N 1280sin 10160)0.408.106( 0cos 10160)4.00.406.08.106(==︒⨯⨯⨯++
︒⨯⨯⨯⨯+⨯=zh W
4.3.4刮板输送机无载分支的基本运行阻力W K 的计算
刮板输送机无载分支的基本运行阻力W K ：
)sin cos (0ββω ''=Lg q W K （N ） (4-9)
式中 ω˝——刮板链条在无载分支溜槽中移动时的阻力系数； W K ——刮板输送机无载分支基本运行阻力（N ）。

25.6kN N 25600)0sin 0cos 4.0(101600.40==︒-︒⨯⨯⨯⨯=K W
4.3.5刮板输送机弯曲时有载分支运行阻力zh
W '和无载分支运行阻力K
W '的计算 刮板输送机弯曲时有载分支运行阻力zh
W '和无载分支运行阻力K W ' ：
zh zh
W k W 1='（kN ） (4-10) K K
W k W 1='（kN ） (4-11) 式中 k 1——刮板输送机弯曲运行时附加阻力系数。

9.1401.1281.1=⨯='zh
W (kN) 2.286.251.1=⨯='K
W (kN) 4.3.6刮板输送机运行总阻力W 的计算
刮板输送机运行总阻力W ：
)(21.1)(2K zh K zh
W W W W k W +='+'=（kN ） (4-12) 式中 k 2——刮板链条绕上头部、尾部链轮回转时的附加阻力系数。

0.186)6.251.128(21.1=+⨯=W （kN ）
4.4刮板输送机链条张力和牵引力的计算
4.4.1计算各特殊点的张力
1.确定给定条件中最小张力点张力S min
如图5-3比较1点和3点张力S 1和S 3：
K K
W S W S S 1.1112+='+= （4-13） 又设机头、机尾所需功率相同，负荷均匀，每个链轮克服阻力为总阻力W
的一半，即
)(605.02
)(21.1232K zh K zh W W W W W S S +=+==
- （4-14） 解式(4-13)和(4-14)可得：
83.646.25495.01.128605.0495.0605.031=⨯-⨯=-=-K zh W W S S
因为083.6431>=-S S 所以S 1>S 3 S 3=S min
图4-4 链条张紧力计算示意图
2.用逐点计算法计算链条各点张力 图4-4中，
3min 3==S S kN
9.1431.1281.131.1334=⨯+=+='+=zh zh
W S W S S kN 9.502)
6.251.128(21.19.1432)(21.12441=+⨯-=+-=-
=K zh W W S W S S kN 7.226.251.19.501.1112=⨯+=+='+=K K
W S W S S kN 4.4.2刮板输送机两端链轮总牵引力
刮板输送机两端链轮总牵引力F ：
21F F F += (4-15)
其中 )(0.0514141S S S S F ++-= (4-16)
)(05.032322S S S S F ++-= (4-17)
式中 F ——刮板输送机两端链轮总牵引力（kN ）；
F 1——头部链轮的牵引力（kN ）； F 2——尾部链轮的牵引力（kN ）。

7.102)9.509.143(05.09.509.1431=+⨯+-=F （kN ）
0.21)37.22(05.037.222=+⨯+-=F （kN ）
7.1230.217.102=+=F （kN ）
4.5刮板输送机电机功率的计算
4.5.1刮板输送机满载运行时，电机功率P 的计算
刮板输送机满载运行时，电机功率P :
η
v
F k P ⋅⋅=
（kW ） （4-18）
式中 k ——刮板输送机电机功率备用系数； F ——刮板输送机链轮总牵引力（kN ）； η——刮板输送机传动效率。

2.1579
.004.17.1231.1=⨯⨯=P （kW ）
4.5.2单向割煤采煤工作面刮板输送机电机功率P s 的计算
采煤机下放时，刮板输送机空载运行（q =0）的电机最小功率P min ：
η
βω1000cos 21.10min
v Lg q P '⨯=（kW ） （4-19）
1.659
.0100004
.10cos 4.0101600.4021.1min =⨯⨯︒⨯⨯⨯⨯⨯⨯=
P （kW ）
单向割煤工作面采煤机割煤时，刮板输送机电机最大功率为P max 用式（4-18）计算，即P max =P 。

刮板输送机电机的等值功率P d 和设备功率P s ：
2
min min max 2max 6.0P P P P P d ++=（kW ） （4-20）
d s P P 2.1=（kW ） （4-21）
式中 P max ——刮板输送机满载运行时电机最大功率；
P min ——刮板输送机空载运行时电机最小功率。

8.1181.651.652.1572.1576.022=+⨯+⨯=d P （kW ）
6.1428.1182.1=⨯=s P （kW ）
刮板输送机配用电机总功率P z =180kW>P s =142.6kW
所以，电机可用。

4.6链条预张力和紧链力的计算
4.6.1链条预张力
由定义可知，链条预张力引起链条的弹性伸长量∆L y 应等于链条在额定负载下的弹性伸长量∆L ，即∆L y =∆L 。

由虎克定律和上述张力代入该等式，可得
)(4
1
4321S S S S T +++=（kN ） （4-22）
式中 T ——链条预张力（kN ）。

1.55)9.14337.229.50(4
1
=+++⨯=T （kN ）
4.6.2链条紧链力
链条紧链力:
F W T T K '++=1（kN ） （4-23）
式中 T ——刮板输送机链条预张力（kN ）； W K ——紧链时底链移动阻力（kN ）；
F'——接链时链条松弛量（0.5～0.6t ）需要的附加牵引力（kN ），按下
式计算：
30104⨯=
'L
p
EA F （kN ） （4-24） 式中 E ——刮板链条的弹性模量，取E =206×109(N/m 2)； A 0——链条横断面积（m 2）； p ——圆环链条链环的节距； L ——刮板输送机设计长度（m ）。

32
2
01006.14026.014.3242-⨯=⨯⨯=⨯=D A π（m 2）
4.3110160
4092
.01006.110206339=⨯⨯⨯⨯⨯⨯='--F （kN ）
1.1124.316.251.551=++=T （kN ）
4.7刮板输送机牵引机构强度的验算
刮板输送机牵引链强度验算：
2m in ≥=
m
a
T T k （4-25） 式中 k min ——刮板输送机链条最小安全系数，k min ≥2时满足要求；
T a ——刮板输送机链条最小破断载荷（kN ）；
T m ——刮板输送机满载启动时链条最大拉力（kN ）。

a b c a k T n T =（kN ）
式中 T b ——刮板输送机单股链条最小破断力（kN ）； n c ——刮板输送机链条根数；
k a ——刮板输送机链条受力不均匀系数，中单链k a =1。

v
P n T b m η'=（kN ） （4-26）
式中 n b ——刮板输送机电机启动力矩系数； P ——刮板输送机电机总功率；
η'——刮板输送机启动时总传动效率；
85018501=⨯⨯=a T （kN ）
6.25904
.16
.01805.2=⨯⨯=
m T （kN ）
227.36
.259850
min ≥==
k 满足要求 4.8刮板输送机的选型
刮板输送机是连续动作式运输机械的一种，由于其机身低矮，可以弯曲，运输能力大，结构强度高，能适应采煤工作面较恶劣的工作条件。

它除了运煤外，还能给采煤机作运行轨道；作为移置液压支架的支点；清理工作面的浮煤；悬挂电缆、水罐、乳化液管等。

它是缓倾斜长壁采煤工作面唯一的运输设备。

4.8.1预选
根据MG300-W 型双滚筒采煤机的生产能力可初步选用SGD-630/180型刮板输送机。

基本参数如下表：
4.8.2验算
(1)运输能力的验算
ψγv F Q m '=6.3
2
114.0)
60
98.592.0(11509.06.3350
)60(6.3m v v Q F m
=-⨯⨯⨯=
-
=
'ψγ
式中：
m Q ——采煤机的生产能力，t/h
F '——中部槽具有的装载断面面积
v ——刮板链速度，m/s
0v ——采煤机牵引速度，m/min
ψ——装满系数，一般小于1，这里取0.9
γ——散煤容重，kg/m 3
中部槽装煤的可堆积角按300，散煤密度1150 kg/m 3，中部槽的装煤断面F ，按下图所示的形状，从几何关系可求得：
中部槽物料断面图
2
094.030tan 2
11
.0263.0)11.0263.0(2111.063.0m F =⨯⨯-⨯⨯-⨯+⨯= 由上计算可知,当采煤机的运行方向与刮板链运行方向相同时，中部槽的装煤断面能够承受。

反之，也然。

（2）运行阻力计算
中部槽单位长度上的装煤量按链速计算，即
m kg v Q q m /10592
.06.3350
6.3=⨯==
煤在槽内运行的阻力系数ω=0.6，刮板链在槽内运行的阻力系数l ω=0.4，计算重、空段的运行阻力。

　N
Lg q q Lg q q W l l l zh 879333sin 8.9150)8.18105(3cos 8.9150)4.08.186.0105(sin )(cos )(0
0=⨯⨯⨯+-⨯⨯⨯⨯+⨯=+-+=β
βωω
　Ｎ Lg q W l l k 12486)
3sin 3cos 4.0(8.91508.18)
sin cos (00=+⨯⨯⨯=+=ββω
式中：
L ——刮板输送机长度，m
l q ——刮板链单位长度的质量，kg/m
β——倾斜角度 （3）刮板链张力计算：
如下图所示，按求出的重段、空段运行总阻力zh W 和k W ，然后确定刮板链的最小张力点。

按逐点计算法得
zh W S S +=12 k W S S +=34
算图
因下端有驱动装置，故2S >3S 上端有驱动装置,故4S >1S
由0.6zh W -0.4k W =0.6⨯51376-0.4⨯16647>0
判定刮板链最小张力在“1”点
取最小张力为3000，用逐点计算法求刮板链在各点的张力为：
S 1=3000 N
S 2= S 1+zh W =3000+87933=90933 N S 3- S 1=0.6zh W -0.4k W 因此：S 3=50765 N S 4- S 1 =0.6（zh W +k W ） 因此：S 4=63251.4 N
(4)电动机功率计算 重载时的电机功率max N
　KW v
W W N k zh 13285
.0100092
.0)1248687933(21.11000)(21.1m ax =⨯⨯+⨯=
+=
η
空载时的电机功率min N
　KW
v
Lg q N l l 12085
.0100092.03cos 4.08.91508.1821.11000cos 21.10min =⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=
η
β
ω　
电动机轴功率d N
KW
N N N N N d 1311201201321326.06.0222min
min max 2max =+⨯+=++=
考虑到采区特殊情况，很难准确计算额外阻力，所以所选电动机的功率应
增加15～20%的备用量。

KW N N d 15713115.115.1=⨯=⨯=
因此配备2⨯40KW 电动机双头驱动能满足需要。

（5）刮板链安全系数，查得18⨯64的C 级圆环链的破断拉力为410KN ，边双链负荷分配不均系数λ取0.85
5
.37.7909332.1850
2.1max
>=⨯=
=S S n d
经以上计算知，所选输送机适用。