薛秀麗
(西山煤電馬蘭礦, 山西 古交 030200)
近年來,刮板輸送機作為煤炭開采過程中重要的運輸設備得到了廣泛的應用,極大推動了我國煤炭行業(yè)的發(fā)展[1]。在煤炭開采裝運過程中刮板輸送機承擔著煤炭運輸?shù)娜蝿?,其性能的好壞直接關系著煤炭開采工作的安全和效率。刮板輸送機具有結構簡單、承載面積大、撓曲性能好等優(yōu)點,在煤炭的開采運輸過程中較為常見。刮板作為推動煤炭順利前移的主要部件,在工作過程中不僅要承受煤炭的撞擊,同時也與輸送機的溜槽、槽幫等存在剮蹭現(xiàn)象,極易出現(xiàn)刮板的磨損,進而產(chǎn)生漏煤或溜煤現(xiàn)象,降低輸送機的輸送效率[2-3]。因此,有必要對刮板的磨損問題進行研究和改進,以達到延長刮板使用壽命的目的,保證刮板輸送機的運煤效率。
刮板輸送機主要由機頭部、中間部、機尾部、附屬部件四部分組成。其中機頭部主要為輸送機提供動力,包括機頭架、電機、減速器、聯(lián)軸器、鏈輪等;中間部主要是帶動煤炭運輸?shù)牟糠?,包括過渡槽、中部槽、鏈條、刮板等;機尾部主要保證刮板鏈能夠順利返回,包括機尾架、導向裝置等;附屬部件主要完成輸送機運行過程中的姿態(tài)調(diào)整,包括千斤頂、近鏈裝置等。
刮板輸送機的主要功能是將開采得到的煤炭、礦石放入輸送機的溜槽,通過鏈條帶動刮板將溜槽內(nèi)的物料逐漸輸送至礦井之外進行卸載。輸送機的工作過程及原理如下:首先啟動驅(qū)動電機,通過液力變矩器、減速機等傳動部件進行降速增扭,保證輸送機運轉(zhuǎn)所需的扭矩;減速機的低速軸端連接鏈條的驅(qū)動輪用于驅(qū)動鏈條的旋轉(zhuǎn),拽動刮板循環(huán)將煤炭等物料沿滑槽不斷前移,直到輸送機機頭位置進行卸載,完成一個物料的輸送過程。由于刮板鏈上裝有較多的刮板,其無限循環(huán)工作可實現(xiàn)煤炭、礦石等物料的連續(xù)輸送。
刮板輸送機的工作條件惡劣,各傳動部件、鏈輪鏈條等在工作過程中處于連續(xù)運轉(zhuǎn)狀態(tài)。研究表明[4-6],輸送機的主要失效形式是磨損失效和疲勞失效。其中磨損失效包括中部槽磨損、刮板鏈磨損、齒輪磨損、鏈輪磨損、軸承磨損、鏈板磨損等;疲勞失效包括中部槽的疲勞破壞、鏈輪疲勞破壞等。實踐發(fā)現(xiàn)刮板輸送機工作過程中磨損較快的部件是刮板,刮板作為輸送機中的重要部件,一旦出現(xiàn)磨損就會降低單位時間輸送機的運輸量,必須引起高度重視。
刮板磨損較快的可能原因如下:第一是刮板在連續(xù)輸送煤炭、礦石等過程中與溜槽工作面上的殘余煤渣等摩擦,同時也與兩側槽邊縫隙中的煤炭、礦石等摩擦,導致刮板的底面與側面磨損較快,并且偶爾的煤塊、礦石等對刮板上表面的砸壓更會加劇刮板工作過程中的磨損;第二是偶爾會有煤塊、礦石等掉到溜槽的底部,刮板運轉(zhuǎn)過程中它們會卡擦刮板下表面,加劇刮板的磨損,因此有必要對現(xiàn)有刮板的結構進行改進設計。
針對刮板磨損問題對當前輸送機使用的刮板進行了結構改進,以降低刮板與溜槽、槽幫之間的磨損,降低煤塊等砸落沖擊對刮板磨損的影響。改造之后的刮板結構如下頁圖1 所示。由圖1 可以看出在原來刮板的基礎上增加了滾動裝置、溜槽清掃結構、彈性緩沖結構,改進之后的刮板減小了刮板的摩擦磨損,同時也降低了刮板所受煤塊等的沖擊,保證了刮板輸送機的運行平穩(wěn)性和輸送效率。
圖1 改進后的刮板結構
通過在刮板底面設置滾動體,減小了刮板底面與溜槽工作面之間的摩擦系數(shù),降低了刮板運轉(zhuǎn)過程中的摩擦阻力,減小了刮板底面的磨損。同時此改進還能夠降低刮板輸送機運行過程中的能耗,提高整個輸送機的能源利用率,保證輸送機的高效運行。通常大多礦用刮板輸送機均存在轉(zhuǎn)彎情況,因此刮板與槽幫等部件之間也會存在摩擦情況,通過在原刮板的兩側設置滾動體,變滑動為滾動,減小了二者之間的摩擦磨損。
輸送機長期運行過程中經(jīng)常存在大塊煤塊、礦石等跌落砸擊刮板的情況,不僅會加速刮板的損壞,還會增加刮板與溜槽工作表面之間的磨損,長此以往就會造成刮板的損壞,降低整個刮板輸送機的使用壽命。為了降低砸擊對刮板和整個輸送機的沖擊程度,在刮板的底面和兩側分別增加了緩沖裝置,緩沖裝置具體的結構如圖2 所示。
圖2 緩沖裝置示意圖
緩沖裝置主要由滾珠、緩沖機構主體、滾珠托架、外部彈簧和內(nèi)部彈簧等零部件組成。其中滾珠的功能是將原來接觸面的滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動摩擦,均勻布置在刮板底面和兩側面;滾珠托架主要用于支撐滾珠,將滾珠與彈簧之間隔離避免直接摩擦,并且在滾珠托架心部添加潤滑脂,實現(xiàn)滾珠的油脂潤滑,減小滾珠的磨損。內(nèi)部彈簧主要是支撐滾珠,使其能夠與溜槽工作面或者槽幫等可靠接觸,在輸送機工作過程中處于壓縮狀態(tài);緩沖機構主體主要支撐內(nèi)外彈簧,約束滾珠;外部彈簧主要吸收沖擊能量,達到緩沖的效果,同時也為滾珠與溜槽的緊密接觸提供彈力。
為了使每個刮板能夠最大量地運輸煤炭、礦石等物料,及時清理溜槽內(nèi)的碎煤或煤渣,避免刮板與溜槽工作面之間存在積煤,改進之后的刮板結構尾部配置了一個清掃裝置。清掃裝置材料采用Mn13高猛鋼,其中Mn 含量(質(zhì)量分數(shù))在11%~14%之間,該材料具有很好的耐磨性和抗沖擊性,能夠滿足輸送機對溜槽工作面的長期清掃。清掃裝置的緊固螺栓孔加工成腰型孔,當清掃裝置長期使用磨損過大影響清掃效果時,可以通過松開緊固螺栓,將清掃裝置向下移動至合適的位置之后緊固螺栓繼續(xù)使用,調(diào)整較方便且利用率較高。通過增加清掃裝置能夠使槽底平整無煤,保證滾珠與溜槽工作面緊密接觸,減小二者之間的摩擦磨損,提高刮板輸送機的輸送效率。
與當前輸送機使用的刮板相對比,改進之后的刮板在實際應用過程中體現(xiàn)出了較多的優(yōu)勢:
1)刮板底面的滾珠徹底改變了刮板底面與溜槽工作面、刮板底面與槽幫等之間的摩擦狀態(tài),降低了接觸面之間的磨損。滾動摩擦形式不僅增加了刮板的使用壽命,而且間接的保護了溜槽的工作表面,使溜槽的故障概率大大降低,同時還降低了刮板輸送機的工作阻力,起到了節(jié)約能源的效果。
2)刮板底部和兩側安裝緩沖裝置,當刮板受到煤塊、礦石等砸落時,沖擊振動得到了明顯的改善,整個運輸機受到的沖擊作用較小,降低了整機的抖動強度,保證了輸送機運行的平穩(wěn)可靠。
3)增加清掃裝置,降低了刮板走過之后的漏煤量,減少了溜槽工作面的碎煤和煤渣,提高了刮板輸送機的輸送能力,同時也保護刮板底部的滾珠,使其能夠與溜槽工作面可靠接觸。