楊 濤

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)機(jī)電管理部，山西 大同 037000）

SZZ1200/700 順槽用轉(zhuǎn)載機(jī)是煤礦井下運(yùn)輸系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)載設(shè)備，將煤料提升轉(zhuǎn)移到帶式輸送機(jī)上，凸槽是轉(zhuǎn)載機(jī)從爬坡段向水平段的轉(zhuǎn)向槽。因凸槽是轉(zhuǎn)載機(jī)的關(guān)鍵部件，最容易受到磨損而需要進(jìn)行維修和保養(yǎng)。論文主要是對晉能控股煤業(yè)集團(tuán)忻州窯礦SZZ1200/700 轉(zhuǎn)載機(jī)凸槽進(jìn)行改進(jìn)研究[1-6]，進(jìn)而提高凸槽的耐磨性，延長其使用壽命。

1 工程概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)忻州窯礦井下采掘工作面使用SZZ1200/700 橋式轉(zhuǎn)載機(jī)，該設(shè)備與井下PCM400 型破碎機(jī)、帶式輸送機(jī)等設(shè)備配套使用，實(shí)現(xiàn)采煤過程的機(jī)械化作業(yè)。SZZ1200/700 橋式轉(zhuǎn)載機(jī)作業(yè)時(shí)，通過轉(zhuǎn)載機(jī)的凸槽結(jié)構(gòu)把煤料從爬坡段引向水平段。橋式轉(zhuǎn)載機(jī)的凸槽中、底板全部采用上弧形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因此該凸槽中底板位置磨損非常嚴(yán)重，影響設(shè)備正常使用，必須進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

2 SZZ1200/700 橋式轉(zhuǎn)載機(jī)凸槽的優(yōu)化改進(jìn)

2.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)

SZZ1200/700 橋式轉(zhuǎn)載機(jī)采用整中板結(jié)構(gòu)，凸槽長度固定，無法采用增大中板圓弧段的辦法來提高耐磨性，降低磨損情況。因此，針對這一情況，設(shè)計(jì)了一種新型的橋式轉(zhuǎn)載機(jī)用凸槽，其結(jié)構(gòu)如圖1，主要包括凸槽體、可更換式中板、六角頭螺栓、彈簧墊圈、六角頭螺母等部件。

圖1 新型橋式轉(zhuǎn)載機(jī)用凸槽結(jié)構(gòu)示意圖

基于無限多邊形繪制圓形原理，在新型凸槽結(jié)構(gòu)當(dāng)中將凸槽圓弧段中板分割成三段直線形可更換式中板，可更換式中板如圖2。該設(shè)計(jì)可以降低凸槽圓弧段的中板高度。

圖2 可更換式中板示意圖

從圖2 可知，可更換式中板設(shè)置有2 個(gè)長條形開口，便于工作人員的拆卸和安裝。當(dāng)轉(zhuǎn)載機(jī)凸槽圓弧段中板的磨損量達(dá)到報(bào)廢極限值后，就必須對其進(jìn)行更換，拆下緊固螺栓，取出已報(bào)廢的可更換式中板，再將新的可更換式中板安好，并固定即可，更換過程簡便快速。新型凸槽結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，有效地降低了圓弧段中板高度，同時(shí)有效地提高了因中板磨損過度而導(dǎo)致時(shí)常出現(xiàn)設(shè)備大修的問題，縮短了設(shè)備檢修時(shí)間，降低設(shè)備維護(hù)和保養(yǎng)成本。

2.2 可更換式中板材料選用

SZZ1200/700 橋式轉(zhuǎn)載機(jī)的凸槽中板和整機(jī)所用材質(zhì)一致，但是由于凸槽安裝在轉(zhuǎn)載機(jī)架橋段和爬坡段之間起聯(lián)接過渡作用，凸槽中板的磨損力度增大許多，因此對于可更換中板可以選擇用耐磨性更好的材料。

經(jīng)技術(shù)調(diào)研選擇ZGMn13 系鑄造高錳鋼做為可更換式中板材料。ZGMn13 系鑄造高錳鋼經(jīng)處理后可在其表面層產(chǎn)生很好的耐磨性能，同時(shí)又保持內(nèi)部韌性。研究表明：高錳鋼鑄件經(jīng)水韌處理后，具有優(yōu)良的低沖擊力學(xué)性能，可以較好地適應(yīng)凸槽圓弧段中板受沖擊、容易磨損的特點(diǎn)。ZGMn13 系鑄造高錳鋼材料的應(yīng)用，可以有效提供可更換式中板的耐磨性能，降低維修成本。

2.3 凸槽體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元分析

采用ZGMn13 系鑄造高錳鋼可更換式中板后，實(shí)現(xiàn)了凸槽圓弧段中板分割。該設(shè)計(jì)中板焊接面積減小，整體強(qiáng)度有所降低，采用有限元分析檢驗(yàn)其強(qiáng)度是否滿足滿載工況的需要。

（1）三維模型的建立

利用三維實(shí)體建模軟件Pro/E 對煤礦井下綜采工作面SZZ1200/700 橋式轉(zhuǎn)載機(jī)凸槽體進(jìn)行三維建模（如圖3），利用ANSYS Workbench 模塊對凸槽體進(jìn)行有限元分析，可得凸槽體在滿載工況下的應(yīng)力分布情況。

圖3 SZZ1200/700 橋式轉(zhuǎn)載機(jī)凸槽體三維模型圖

（2）有限元模型的建立

滿載工況條件下，該轉(zhuǎn)載機(jī)凸槽主要承受兩方向的沖擊力：刮板鏈的沖擊和槽內(nèi)煤塊的沖擊。將建立的凸槽體三維模型導(dǎo)入到ANSYS Workbench模塊分析軟件中，并設(shè)置相應(yīng)參數(shù)。

（3）應(yīng)力分析

通過ANSYS Workbench 模塊軟件對一凸槽體結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力分析，得到凸槽體應(yīng)力云圖如圖4。從得到的應(yīng)力數(shù)據(jù)可知，滿載工況條件下最大應(yīng)力為133.7 MPa，最大應(yīng)力布置處于槽體開口處中板與側(cè)板焊接處，最大應(yīng)力值小于ZGMn13 系鑄造高錳鋼材料屈服強(qiáng)度，該數(shù)據(jù)說明經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的凸槽強(qiáng)度滿足滿載工況的需要。

圖4 SZZ1200/700 橋式轉(zhuǎn)載機(jī)凸槽體應(yīng)力圖

3 實(shí)踐應(yīng)用及效果分析

對SZZ1200/700 橋式轉(zhuǎn)載機(jī)完成優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)后，由晉能控股煤業(yè)集團(tuán)機(jī)電裝備科大機(jī)械有限公司完成該改進(jìn)安裝制作。從2020 年5 月起，優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)后的SZZ1200/700 橋式轉(zhuǎn)載機(jī)在忻州窯礦14～（-3#）層?xùn)|三盤區(qū)8507 工作面進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，數(shù)據(jù)結(jié)果表明：8507 工作面每出煤200 萬t，ZGMn13 系鑄造高錳鋼可更換式中板的平均磨損量僅為3 mm，凸槽使用壽命提高50%。