综采工作面重型刮板输送机中部槽的设计重点

2010年第3期SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION
○机械与电子○科技信息
综采工作面重型刮板输送机中部槽的设计
郑天刚
（神华宁煤集团建井工程处宁夏
银川
751400）
【摘要】简述了综采工作面重型刮板输送机对中部槽的可靠性要求。

以
SGZ1000/3x700型工作面刮板输送机中部槽为例，详细介绍了中部槽的设计原理。

在此基础上，综合分析了中部槽的结构特点及材质选用时应注意的问题，最终为我国综采工作面重型刮板输送机中部槽的开发设计提供参考。

【关键词】刮板输送机；中部槽；
高可靠性
0引言
随着我国长壁综采工作面装备向大生产能力大、机电一体化和安全可靠的方向发展及对工作面刮板输送机要求的提高，我国自行研制的满足一井一面或一矿一面的大规格工作面刮板输送机已不能满足煤炭企业集约化生产的要求，为此我们开发
设计了SGZ1000/3×700型刮板输送机，根据总体设计，该机装机功率为
3×700kW ，采用φ48×152扁平链，链速1.41m/s,设计长度300m, 小时运量3500t 。

中部槽是工作面刮板输送机的易损件, 在井下恶劣的工作环境中, 既要承受采煤机牵引力、切割反力、重力, 又要承受液压支架的推溜力及拉架力, 还要清理工作面浮煤，其结构的合理性、质量的稳定性直接影响着刮板输送机整机的寿命、可靠性和综采作业配套性。

该机中部槽设计过煤量为1000万吨, 槽间连接强度3600千牛，槽宽可根据生产要求选用1米或1.2米。

为保证上述要求, 不仅需要合理确定中部槽断面尺寸和槽间连接型式, 还应正确选取各零件材质以及采取必要的工艺保证措施。

煤机可以顺利通过弯曲段，又不使水平弯曲段长度过长而影响采煤机割煤效率。

1.2中部槽高度h 和宽度b 的确定
中部槽高度h 主要取决于其上下槽容纳刮板链的空间分配以及各受力、受磨损部位的强度、抗磨寿命要求，同时在总体配套中还应考虑满足采煤机切割卧底量的要求。

为保证过煤量1000万吨的要求，中部槽中板采用40mm 厚的高强度耐磨板，槽帮为铸造槽帮，其上下缘受磨损部位不小于30mm ，由于中部槽封底并采用φ48×152扁平链，则下槽高度应比刮板链至少高15mm ，以减小下链运行阻力。

同时考虑到抗拉强度达3600kN 的连接哑铃座所需空间，中部槽高度确定为
352mm 。

中部槽宽度b 主要决定于刮板输送机输送能力（过煤断面）、中部槽抗推移的刚度及液压支架空顶距要求等因素。

该机中部槽采用封底结构，铸造槽帮、中板及封底板组焊成坚实的框架结构，具有足够的抗推移的刚度，支架空顶距要求已在总体配套中有所考虑，故中部槽宽度b 就只决定于中部槽过煤断面F 。

过煤断面F =
2
Q S
=0.87m
1
1.1
中部槽结构尺寸的确定
中部槽长度l 以及允许的水平弯曲角度α和垂直弯曲角度γ的
确定
这是由综采配套所决定的刮板输送机的三个参数。

该刮板输送机用于中厚煤层以上的开采运输, 鉴于稳定性等原因, 与之相配套的液压支架宽度通常为1750mm, 故该机中部槽的长度l 也应为1750mm 。

与之配套的采煤机采用销排式齿轨牵引, 为保证采煤机在弯曲铺设且弯曲状况不断变化的工作面刮板输送机中部槽上可靠运行, 采煤机要求销排轨间水平转角不大于1.2度, 垂直转角不大于3.5度, 而采煤机销轨安装在输送机中部槽上，故中部槽水平弯曲角度α应在1.2度以内, 垂直弯曲角度γ应在3.5度以内。

对中部槽来说, 水平弯曲角度α和垂直弯曲角度γ越小越好, 这样可以降低由刮板链在槽内通行对其造成的磨损，但从刮板输送机可弯曲性要求来说, 水平弯曲角度α和垂直弯曲角度γ越小, 将分别导致工作面刮板输送机弯曲段长度越长，进而降低采煤机开切口作业效率和影响中部槽对工作面底板起伏变化的适应性。

中部槽长度l 和水平弯曲角度α都参与输送机弯曲段长度L KP 的计算，如图1所示。

a 为中部槽推移步距。

式中：
Q S —刮板机输送能力，t/h；取3500t/h；V —刮板链速，m/s；取1.41m/s；
；γ—松散煤密度，t/m；0.88t/m
ψ—输送机溜槽装满系数，取0.9。

由此可知，在满足小时输送能力3500t/h、链速1.41m/s的条件下，中部槽过煤断面F 应≥0.87m 。

根据该中部槽运输中形成的可运走的装煤高度900mm, 可知中部槽宽度应≥967mm, 故取槽宽为1000mm. 当槽宽为1000mm 时，可运走的装煤高为870mm ，满足运输机输送能力的要求。

中部槽的断面图如图2所示。

2
3
3
图2中部槽断面图
图1
弯曲段曲率半径
中部槽水平弯曲段长度
综合考虑煤层赋存状况和可能的综采配套设备，该刮板输送机用于综采工作面的典型配套断面如图3所示。

R ＝
l 2sin (1）
弯曲段长度
L kp ＝姨4aR－a
(2
1—JOY 6LS5型采煤机2—刮板输送机3—DBT2550/55002x4319-1750液压支架
由式（1）、（2）可知，在确定的中部槽长度l 和中部槽推移步距a 的情况下，随α减小，则弯曲段曲率半径和弯曲段长度L kp 随之增大。

所以必须选择合适的水平弯曲角度α和垂直弯曲角度γ，既要保证采
图3典型配套截面图
110
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1.3
中部槽水平弯曲角度α和垂直弯曲角度γ的验证
中部槽宽度b 和高度h 按上述要求确定后，尚需验证在此结构尺寸下中部槽水平弯曲角度α和垂直弯曲角度γ是否满足设计规定值
γ1=arctg △l 1=3.486°，如图8所示。

2
式中:K 2—哑铃至回转支撑点距离，197mm ；中部槽向上垂直转角
的要求，即α≤1.2°, γ≤3.5°。

由于工作面刮板输送机两中部槽之间能在限定范围内沿水平和垂直方向相对回转，才使工作面刮板输机具有可弯曲性成为煤矿井下长壁工作面不可取代的运输设备。

当然，两中部槽之间可相对回转弯曲的角度必须限定在相关的作业机械、尤其是采煤机所规定的范围内才能保证综采正常进行。

经强度校核，该机中部槽采用哑
铃连接。

如图4所示，两相邻中部槽间在正常对接而无相对回转弯曲情况下，哑铃承载双翼间的距离l 1与槽帮两哑铃座之间的距离l 2之差大于零即△l =（l 1－l 2）＞0是构成两槽间可水平、垂直相对回转弯曲的必需条件。

至于可回转弯曲角度的大小，那就要取决于该差值△l 与回转支撑点的距离。

设水平回转角度为α, 哑铃中心至水平回转支撑点的距离为K, 如图5所示, 则得:
γ2=arctg △l 1=3.35°，如图9所示。

3
式中:K 3—哑铃至回转支撑点距离，205mm ；
2结构特点与材质
综采工作面刮板输送机中部槽由挡板槽帮、铲板槽帮与中板组焊成的基本链道构架上加焊封底板和左右轨座等组成。

挡板槽帮、铲板槽帮与中板、封底板构成刮板链的运行通道，决定着中部槽的使用寿命，槽帮两端的连接形式和强度决定了相邻中部槽间的可弯曲性能和保证连接的可靠性。

同时铲板槽帮的铲板、左右轨座和安装于轨座上的采煤机牵引销排轨一起，构成采煤机割煤运行的轨道和支撑。

挡板槽帮通过其耳板与液压支架相连接，得以实现推溜、拉架等综采循环作业。

由此可以看出，正是工作面刮板输送机把采煤机和液压支架有机地连接在一起，才得以实现综采工作面循环作业。

它须经受推、拉、压弯等各种负荷和长时磨损，其作业条件十分复杂和恶劣，因此中部槽的结构、零部件选材始终是工作面刮板输送机首先要解决的问题。

2.1为了保证中部槽具有足够的强度和刚度，中部槽采用铸造焊接封底式结构。

挡板槽帮和铲板槽帮整体铸造。

中板为100公斤级厚40mm 的耐磨板；封底板为70～80公斤级厚30mm 的耐磨板；铸造槽帮材质强度达670～
740N/mm，硬度达HB260以上，调质处理。

中板、槽帮与封底板采用相应材质的焊丝经所要求的气体保护焊接组成框架结构。

当然，焊接前应喷砂除锈，焊接部位应预热100～150℃。

2．2中部槽每隔6节标准槽设有一节带检查门的观察槽，观察槽采用中板抽拉结构，结构简单可靠，可避免因天窗板固定不牢固而造成刮板链刮卡事故，且可以根据实际工况双向抽拉，操作简便，维护时，工人可完全接近底部链道；
2．3中部槽间采用高强度锻造哑铃联接，哑铃座和哑铃设计采用三维建模并通过有限元分析计算，保证哑铃座强度高于哑铃强度；
2．4鉴于综采工作面三机（刮板输送机、采煤机与液压支架）配套作业方式，为利于刮板输送机随采煤机割煤运行而逐节向煤壁推移，同时保证工作面刮板输送机保持直线铺设，设计中对挡、铲板侧槽帮长度及两个方向的水平弯曲角度作了不同的规定；
2．5本着刮板链与采煤机各行其道的原则，机头、尾各设计有3节变线槽，既降低了机头尾过渡槽中板升角，又保证采煤机在机头、尾处正常割煤和卧底；
2．6为保证采煤机能正常跨越呈垂直弯曲状铺设于工作面底板上的中部槽，中部槽左右销排轨座（俗称元宝座）上的长孔均设计成向各自外侧偏移，以便弥补因中部槽垂直弯曲铺设因在销排轨座连接孔处造成的误差。

2
图4哑铃连接图图5回转示意图
两槽间水平回弯曲角α
α=arctg △l
(3）
根据哑铃至两槽相应的相对回转弯曲支撑点的距离和△l 就可由式(3求得相邻中部槽向煤壁侧转角α1和向老塘侧转角α2。

中部槽向煤壁侧水平转角
α1=arctg △l 1+2=0.7°，如图6所示。

1
式中:△l 1—挡板槽帮侧可拉开间隙，12mm ；K 1—哑铃至回转支撑点的距离，1140mm ；
图6向煤壁侧最大转角
中部槽向老塘侧水平转角
α2=arctg △l 2-2=1.2°，如图7所示。

1
式中:△l 2—铲板槽帮侧可拉开间隙，26mm ；
3结语
图7向老塘侧最大转角
这里，向煤壁侧水平转角α1小于向老塘侧水平转角α2，主要考虑便于刮板机中部槽随着采煤机运行而逐节向煤壁方向推移，同时利于保证刮板输送机沿水平方向保持直线铺设。

对于两中部槽向垂直方向回转弯曲来说，回转支撑点发生在槽帮的上下缘外侧，如图8、图9所示，故哑铃至回转支撑点的距离K 发生了变化，此时，中部槽向下垂直转角
中部槽设计是综采工作面刮板输送机尤其是诸如SGZ1000/3*700型用于集约化生产工作面的工作面刮板输送机设计中的重要环节。

设计中除正确选材以满足高强度、高耐磨性的要求外，结构尺寸的设计也是保证工作面刮板输送机满足综采配套要求、按预定强度寿
命指标可靠运行的重要条件，为此，本文从结构尺寸设计及主要件材质的选择做了论述，不当之处可以相酌。

科
●
【参考文献】
［1］李克光，高霞，郅强. 刮板输送机总体配套设计[J].煤矿机械,2009（1）．
［2］朱秀梅. 刮板输送机关键零部件的强度分析及研究[D].辽宁工程技术大学，
2006．
［3］徐广明，杨伟红. 刮板输送机运行阻力分析[J].煤矿机械,2009（1）．
作者简介：郑天刚（1967—），男，宁夏中卫人，大专，助理工程师，现任神华宁煤集团建井工程处动力部部长、机电副总。

［责任编辑：田方义］
图8
中部槽向下垂直转角图9
中部槽向上垂直转角111。