岳樹鵬

（西山煤電杜兒坪礦，山西 太原 030022）

引言

刮板輸送機(jī)為綜采工作面的關(guān)鍵設(shè)備之一，其不僅為采煤機(jī)行走提供軌道，而且還是液壓支架推溜的作用支點(diǎn)。隨著工作面開采深度的不斷增加，刮板輸送機(jī)也朝著長(zhǎng)距離、大運(yùn)量以及高可靠性的方向發(fā)展。在實(shí)際生產(chǎn)中由于工作載荷波動(dòng)較大導(dǎo)致刮板輸送機(jī)鏈傳動(dòng)系統(tǒng)受到周期變化載荷的影響，最終導(dǎo)致刮板輸送機(jī)出現(xiàn)刮板鏈斷裂、跳鏈、掉鏈等事故。此外，刮板輸送機(jī)在非正常工況下其鏈傳動(dòng)系統(tǒng)會(huì)受到更大的沖擊載荷[1]。鑒于上述背景，本文將針對(duì)刮板輸送機(jī)鏈傳動(dòng)系統(tǒng)的波動(dòng)特性進(jìn)行試驗(yàn)和仿真研究。

1 試驗(yàn)用刮板輸送機(jī)參數(shù)

為真實(shí)、全面地反映刮板輸送機(jī)鏈傳動(dòng)系統(tǒng)的波動(dòng)特性，在實(shí)驗(yàn)室按照1∶1的規(guī)模搭建試驗(yàn)平臺(tái)模擬綜采工作面的生產(chǎn)環(huán)境。本試驗(yàn)平臺(tái)所選擇采煤機(jī)的型號(hào)為MG500/1130-WD，刮板輸送機(jī)的型號(hào)為SGD320/170B以及相應(yīng)數(shù)量的液壓支架。本文將對(duì)SGD320/170B刮板輸送機(jī)的波動(dòng)特性進(jìn)行具體研究，SGD320/170B刮板輸送機(jī)的參數(shù)如表1所示。

表1 SGD320/170B刮板輸送機(jī)性能參數(shù)

2 刮板輸送機(jī)加速度波動(dòng)試驗(yàn)研究

在上述試驗(yàn)平臺(tái)上，采用采集儀和加速度傳感器完成刮板輸送機(jī)鏈傳動(dòng)系統(tǒng)的加速度波動(dòng)的測(cè)試試驗(yàn)。根據(jù)鏈傳動(dòng)系統(tǒng)的配置，分別對(duì)平環(huán)和立環(huán)的加速度進(jìn)行分析，將鏈傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行方向規(guī)定為X方向，將水平面上與X方向垂直的規(guī)定為Y方向，與水平相垂直的規(guī)定為Z方向[2-4]。經(jīng)試驗(yàn)可得出如下結(jié)論：

1）在整個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)，在X方向和Z方向加速度的波動(dòng)幅度較大；但在Y方向加速度的波動(dòng)幾乎可忽略不計(jì)；

2）鏈傳動(dòng)系統(tǒng)中平環(huán)的加速度波動(dòng)幅度大于立環(huán)的加速度波動(dòng)幅度；

3）在某種程度上將，Y方向加速度波動(dòng)是由于X方向和Z方向波動(dòng)所導(dǎo)致。但是，Y方向加速度的初始值小很多，因此將Y方向加速度的波動(dòng)情況忽略不計(jì)。

從理論上分析可知，加速度在X方向上波動(dòng)是影響刮板輸送機(jī)鏈傳動(dòng)系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵。因此，對(duì)X方向的速度進(jìn)行深入研究分析?；趯?duì)X方向加速度分析的基礎(chǔ)上，將所得結(jié)果進(jìn)行積分處理得到實(shí)時(shí)速度值，在實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)X方向的速度變化如圖1所示。

如圖1所示，刮板輸送機(jī)在4.5 s開始啟動(dòng)，速度迅速上升并在7.8 s達(dá)到1 m/s；在運(yùn)行期間，在21.1 s時(shí)速度出現(xiàn)下幅波動(dòng)并在0.97 m/s左右波動(dòng)，在37.3 s時(shí)速度再次出現(xiàn)下幅波動(dòng)并保持在0.92 m/s，在43.1 s時(shí)速度出現(xiàn)上浮波動(dòng)并且保持在1.03 m/s左右，在52.3 s時(shí)速度再次出現(xiàn)下幅波動(dòng)，并且保持在0.99 m/s左右。最后，刮板輸送機(jī)在90 s時(shí)開始制動(dòng)，并在制動(dòng)5 s后穩(wěn)定停機(jī)，即速度降至0 m/s。

圖1 鏈傳動(dòng)X方向速度波動(dòng)情況

總的來(lái)講，刮板輸送機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中速度和加速度為對(duì)稱波動(dòng)；而且，加速度和速度的波動(dòng)均在合理范圍之內(nèi)，且波動(dòng)數(shù)據(jù)相對(duì)集中。在整個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)，刮板輸送機(jī)未發(fā)生故障，說(shuō)明本次試驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)具有較大的參考價(jià)值。

3 刮板輸送機(jī)刮板鏈張力試驗(yàn)研究

為準(zhǔn)確獲取刮板輸送機(jī)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中刮板鏈的張力變化情況，在刮板鏈上安裝應(yīng)變片，并將通過(guò)安裝于刮板上的采集模塊對(duì)應(yīng)變片的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過(guò)無(wú)線傳輸方式傳送至上位機(jī)。分別在刮板輸送機(jī)的松邊和緊邊選擇對(duì)稱的兩個(gè)刮板鏈，每個(gè)刮板鏈上安裝兩個(gè)應(yīng)變片。試驗(yàn)測(cè)定前，需對(duì)每個(gè)應(yīng)變片進(jìn)行標(biāo)定并得出其對(duì)應(yīng)的刮板鏈張力和應(yīng)變的擬合曲線。通過(guò)對(duì)在300 s內(nèi)獲取的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論：

1）鏈傳動(dòng)系統(tǒng)中傳動(dòng)鏈張力是處于周期性波動(dòng)變化的，且波動(dòng)周期為82 s；

2）在一個(gè)82 s的波動(dòng)周期內(nèi)，刮板鏈的張力會(huì)出現(xiàn)兩次明顯的突變，而且第一次突變的峰值明顯大于第二次突變的峰值；

3）在一個(gè)82 s的波動(dòng)周期內(nèi)，在前半個(gè)周期刮板鏈張力是處于平穩(wěn)、緩慢上升的；而在后半個(gè)波動(dòng)周期內(nèi)，鏈傳動(dòng)張力處于無(wú)規(guī)律變化的狀態(tài)；

4）當(dāng)刮板鏈從直線運(yùn)行段向嚙合段過(guò)渡時(shí)，刮板鏈張力突變較為明顯，而且刮板鏈突變時(shí)的峰值最大。

鑒于刮板輸送機(jī)在直線運(yùn)行階段和嚙合段刮板鏈張力波動(dòng)情況不同，本節(jié)將重點(diǎn)對(duì)直線運(yùn)行段和嚙合段刮板鏈張力波動(dòng)情況分別進(jìn)行分析。

3.1 直線運(yùn)行階段張力波動(dòng)情況

在直線運(yùn)行段，分別對(duì)緊邊和松邊兩種情況下刮板鏈的張力變化情況進(jìn)行分析，根據(jù)采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，其對(duì)應(yīng)的張力波動(dòng)情況如圖2所示，在緊邊直線運(yùn)行段，刮板鏈從機(jī)尾運(yùn)行至機(jī)頭其對(duì)應(yīng)張力逐漸上升，并最后在機(jī)尾位置張力達(dá)到最大，且最大值為47.04 kN；在松邊直線運(yùn)行段，刮板鏈從機(jī)頭運(yùn)行至機(jī)尾其對(duì)應(yīng)張力為無(wú)規(guī)則變化，其中，刮板鏈張力最大值出現(xiàn)在70.5 s時(shí)，最大值為31.16 kN；刮板鏈張力最小值出現(xiàn)在62.5 s時(shí)，最小值為16.09 kN。

圖2 刮板輸送機(jī)直線運(yùn)行段張力波動(dòng)情況

在直線運(yùn)行段緊邊時(shí)刮板鏈張力的最大值、最小值以及均值均大于在松邊時(shí)刮板鏈的張力。

3.2 嚙合段張力波動(dòng)情況

刮板輸送機(jī)的嚙合段分為機(jī)頭嚙合段和機(jī)尾嚙合段，兩個(gè)不同位置嚙合段刮板鏈張力波動(dòng)情況如圖3所示。

圖3 嚙合段刮板鏈張力變化情況

如圖3所示，在機(jī)頭嚙合段刮板輸送機(jī)刮板鏈張力值呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，其中極大值由59.59 kN降低為30.89 kN；均值由47.86 kN降低為20.21 kN；極小值由42.61 kN降低為11.69 kN。在機(jī)尾嚙合段刮板輸送機(jī)刮板鏈張力值呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢(shì)，其中極大值先由44.89 kN增大至54.12 kN后降低至31.07 kN；平均值先由34.57 kN增大至46.76 kN后降低至19.74 kN；極小值先由20.1 kN增大至41.27 kN后降低至9.64 kN。

4 結(jié)論

刮板輸送機(jī)為綜采工作面的關(guān)鍵設(shè)備，其與采煤機(jī)和液壓支架相配套為工作面的“三機(jī)”。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于刮板輸送機(jī)承受正常的周期載荷和非正常工況下的沖擊載荷，而且工作面條件相對(duì)惡劣導(dǎo)致刮板輸送機(jī)刮板鏈出現(xiàn)斷鏈、跳鏈以及掉鏈等事故[5]。因此，掌握刮板輸送機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中加速度和刮板鏈張力波動(dòng)變化情況對(duì)保證其安全、高效運(yùn)行具有重要意義。本文對(duì)SGD320/170B刮板輸送機(jī)刮板鏈傳動(dòng)系統(tǒng)的波動(dòng)特性進(jìn)行研究，具體總結(jié)如下：

1）刮板輸送機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中速度和加速度為對(duì)稱波動(dòng)；而且，加速度和速度的波動(dòng)均在合理范圍之內(nèi)，且波動(dòng)數(shù)據(jù)相對(duì)集中；

2）刮板鏈在緊邊直線段其張力呈現(xiàn)逐步上升的變化趨勢(shì)，在松邊直線段其張力處于不規(guī)則變化趨勢(shì)；而且，松邊直線段的刮板鏈張力值小于緊邊直線段對(duì)應(yīng)的張力值。

3）在機(jī)頭嚙合段刮板輸送機(jī)刮板鏈張力值呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，機(jī)尾嚙合段刮板輸送機(jī)刮板鏈張力值呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢(shì)。