張 波

（大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司永定莊煤礦，山西大同 037000）

0 引言

為滿足礦山運(yùn)輸?shù)母咝?、集約要求，各種皮帶式和鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸設(shè)備被廣泛運(yùn)用，礦用刮板輸送機(jī)作為礦山主要的運(yùn)輸設(shè)備，具有抗磨性、安全性、高效性、集約性等優(yōu)點(diǎn)，成為礦山安全高效生產(chǎn)優(yōu)選運(yùn)輸設(shè)備。刮板輸送機(jī)在礦山作業(yè)中，尤其是厚煤層、特厚煤層以及放頂煤作業(yè)中被廣泛使用，且在運(yùn)輸過程中穩(wěn)定性、靈活性極高，可隨著采煤工作面不斷的推進(jìn)移動位置，極大地增加了安全生產(chǎn)的效率。而在實(shí)際工作中常由于鏈條的斷開、卡槽等故障，嚴(yán)重影響了其高效性及安全性[1]。因此在刮板輸送機(jī)的設(shè)計上選擇滿足要求的合適裝機(jī)功率，以及鏈條間的預(yù)緊力，以避免在實(shí)際工作中可能發(fā)生的鏈條斷開、刮板卡槽、機(jī)頭機(jī)尾翻跳等損害設(shè)備及影響安全作業(yè)的狀況顯得尤為重要。本文通過對刮板輸送機(jī)鏈運(yùn)行阻力及預(yù)緊力計算推導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)對其的精確計算，以保證刮板輸送機(jī)在正常作業(yè)中可以高效、安全運(yùn)行，為礦山安全生產(chǎn)提供保障，這對企業(yè)提高安全、效益方面意義重大[2]。

1 運(yùn)行阻力計算方法研究現(xiàn)狀

刮板輸送機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中受鏈條持續(xù)不斷的拉力作用，其鏈條會由于拉力作用產(chǎn)生一定量的彈性延長，為保證刮板輸送機(jī)鏈條在運(yùn)行過程中不會因彈性變形發(fā)生斷鏈故障，必須計算好張緊力的大小，且刮板輸送機(jī)鏈條的張緊力又與運(yùn)行過程中所受阻力變化有關(guān)。因此準(zhǔn)確計算刮板輸送機(jī)在運(yùn)行過程中所受阻力的大小顯得尤為重要。刮板輸送機(jī)在運(yùn)行過程中所受阻力主要取決于刮板和鏈條與中部槽、煤與中部槽的運(yùn)行阻力系數(shù)、輸送機(jī)結(jié)構(gòu)和鋪設(shè)情況等[3-5]。

根據(jù)目前各學(xué)者對刮板輸送機(jī)運(yùn)行阻力的計算研究可知，通常情況下將具有一定彈性的刮板輸送機(jī)鏈條看作是剛體，使得在計算中會存在一定的誤差。其中，在彎曲部位中由于附加阻力的存在，是阻力計算中引起誤差的關(guān)鍵因素，誤差分析中主要是由于工作面底板起伏變化。在早期，常用平直部分的附加阻力與附加阻力系數(shù)之間進(jìn)行乘積計算，這種計算方式較為粗略，且此種方法難以準(zhǔn)確表示出因底板起伏而引起的彎曲程度不同導(dǎo)致的附加阻力的不同，對誤差無法進(jìn)行較為精確地衡量。在實(shí)際工作中，由于當(dāng)采煤機(jī)采用前進(jìn)式進(jìn)行切割煤壁，其后面的刮板輸送機(jī)溜槽由于支架的推動下，移動一個步距，隨著工作面的持續(xù)推進(jìn)，支架會隨著工作面進(jìn)行移動，勢必會使刮板輸送機(jī)處于彎曲狀態(tài)，因此輸送機(jī)在水平面上會形成彎曲鋪設(shè)[6-9]。

2 運(yùn)行中阻力計算

通過對研究現(xiàn)狀的分析，本文對刮板輸送機(jī)運(yùn)行阻力進(jìn)行了更為精細(xì)的推導(dǎo)計算。具體為：由于刮板輸送機(jī)的設(shè)計方式為中間鏈槽為平直，機(jī)頭、機(jī)尾兩端為彎曲狀，鏈條及刮板通過平直部分一直通過彎曲部分循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于工作面地板的起伏及生產(chǎn)中巷道成型的不規(guī)則，會造成刮板輸送機(jī)在水平、垂直方向存在一定的彎曲，因此通過推導(dǎo)輸送機(jī)在處于彎曲狀態(tài)時刮板及鏈條的運(yùn)行阻力可以幫助在設(shè)計及安裝時有效地進(jìn)行調(diào)整，從而為安全生產(chǎn)提供幫助。

計算推導(dǎo)中，將處于水平、垂直方向的彎曲部位視為圓弧狀，并取弧長為d l，其受力分析如圖1所示。圖中，C為刮板鏈單位長度上的阻力；μ為摩擦因數(shù)；r為圓弧半徑；F為鏈張力；FN為正壓力；α為彎曲角；l為弧長。

圖1 刮板輸送機(jī)鏈條受力圖

對圖1進(jìn)行分析，正壓力FN與鏈張力F之間滿足如下關(guān)系式：

對式（1）進(jìn)行合并計算得：

假設(shè)彎曲角α′后的鏈及圓弧段起點(diǎn)處所受張力分別為F1、F2，在此下求解微分方程，可得：

由于刮板輸送機(jī)彎曲部分摩擦力只與壓力及摩擦因素有關(guān)，與彎曲方向不存在關(guān)聯(lián)，因此可用對應(yīng)弧段長度為lx上的上彎曲角α代替彎曲角α′：

將式（3）與（4）聯(lián)立進(jìn)行求解得：

式中：qk為刮板鏈條單位長度重量，kN/m；qB為貨載單位長度重量，kN/m；C0為上鏈阻力系數(shù)；β為輸送機(jī)安裝角，（°）。

同理，可得到刮板輸送機(jī)下部拉鏈的拉力為：

通過受力的分析可知：式（6）減去FO2、式（7）減去Fμ2可分別得到以下公式。

刮板輸送機(jī)上部鏈條阻力：

通過對上、下部分拉鏈阻力的推導(dǎo)計算，可知：μ、l之間以積的形式?jīng)Q定了刮板輸送機(jī)的阻力大小，因此經(jīng)分析可得在設(shè)計中合理的降低μ、α，根據(jù)實(shí)際情況合理選擇l的大小，可有效降低刮板輸送機(jī)拉鏈的運(yùn)行阻力。

3 不同驅(qū)動方式下彎曲輸送機(jī)刮板鏈條運(yùn)行阻力計算

在運(yùn)輸實(shí)際中通常將驅(qū)動裝置安裝在機(jī)頭或者機(jī)尾的地方，因此研究這兩種安裝方式的運(yùn)行阻力推導(dǎo)計算很有必要，這會對實(shí)際運(yùn)行中阻力確定提高一定的參考。

3.1 機(jī)頭部位安裝驅(qū)動裝置

上部分刮板拉鏈的運(yùn)行阻力為：

下部分刮板拉鏈的運(yùn)行阻力為：

3.2 機(jī)尾部位安裝驅(qū)動裝置

上部分刮板拉鏈的運(yùn)行阻力為：

下部分刮板拉鏈的運(yùn)行阻力為：

4 結(jié)束語

針對當(dāng)前對刮板輸送機(jī)運(yùn)行阻力的計算可知，目前關(guān)于運(yùn)行阻力的研究還沒有形成全面、客觀的認(rèn)識，多是對各部分運(yùn)行阻力的簡單疊加。本文對刮板輸送機(jī)的中刮板鏈條上下部分的不同運(yùn)行阻力進(jìn)行了一定的推導(dǎo)計算，該計算方法及相關(guān)分析對今后設(shè)備設(shè)計中提供了一定的理論指導(dǎo)，同時對實(shí)際安裝中兩種常見的驅(qū)動裝置安裝形式進(jìn)行了一定的計算推導(dǎo)，為礦山運(yùn)輸系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、安全、高效運(yùn)行提供了幫助。