李曉旺，鞠長清，李華強

(1.內(nèi)蒙古仲泰能源有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000；2.內(nèi)蒙古工業(yè)大學，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

0 引言

刮板輸送機作為煤炭運輸環(huán)節(jié)的重要組成部分，其性能直接影響著煤礦的生產(chǎn)能力。刮板輸送機不僅擔負著井下運煤的重要任務，而且還要完成清理采煤機工作臺上的浮煤等工作。刮板輸送機日常工作中凸顯出來的問題包括啟動問題、功率問題和斷鏈問題。其中斷鏈問題是選煤廠705G邊雙鏈刮板輸送機的主要故障，該故障發(fā)生時會嚴重影響選煤廠實際生產(chǎn)活動的順利開展，所以必須對該問題進行分析處理，以保證刮板輸送機的安全、可靠、穩(wěn)定運行。

1 刮板輸送機斷鏈原因

邊雙鏈刮板輸送機由于采用了邊雙鏈的結(jié)構，使得其可以適應各種不同的煤質(zhì)條件，在各廠區(qū)的適用范圍較廣。該設備張力承受能力大，能夠自動清掃鏈道內(nèi)的積煤，但缺點是磨損大、受力不均勻，刮板極易歪斜、跳鏈、斷鏈。

根據(jù)實際生產(chǎn)作業(yè)情況，總結(jié)出刮板輸送機的4種磨損導致斷鏈的情況：

(1) 鏈條的連接環(huán)開裂導致斷鏈。其原因之一是馬蹄環(huán)自身強度不足，另外一種就是由于長時間的磨損導致的。

(2) 鏈輪變形發(fā)生斷鏈。其主要原因是鏈輪與鏈環(huán)長期磨損導致變形，其次由于鏈條的松緊度不一致導致一側(cè)鏈輪加速磨損最后造成鏈條斷裂。

(3) 鏈條斷開。這種情況一般是在重載啟動和停止時鏈條瞬間承受過大載荷導致斷裂。起初現(xiàn)象是鏈條變長，持續(xù)發(fā)生上述情況進而導致鏈條開焊或者斷裂。

(4) 鏈條自身的磨損。由于在煤炭的運輸過程中，中間部的槽底不可避免地會有較多的煤炭集聚，增加了鏈條的磨損程度，同時鏈條長時間不間斷與中間槽上下層耐磨襯板滑動摩擦，最后導致鏈條斷鏈。

刮板輸送機主要組成有機頭、機尾和中間部三個部分，因為中間部是承載部件，故其也是磨損的集中區(qū)。刮板機的傳動主要由鏈輪帶動鏈條來完成，因此鏈輪在整個設備的運行過程中承受著緊邊張力和松邊張力的共同作用，容易發(fā)生變形，本文主要對刮板輸送機中間部及機尾部的問題進行分析，包括馬蹄環(huán)和鏈輪，如圖1、圖2所示。

圖1 705G連接環(huán)斷裂 圖2 705G鏈輪失效

2 刮板輸送機結(jié)構改進

針對以上問題，結(jié)合選煤廠使用的技術要求提出了以下的改進方案。

2.1 用鋸齒環(huán)替代馬蹄環(huán)

用鋸齒環(huán)替代馬蹄環(huán)，在278 m的鏈條上需用9個鋸齒環(huán)作為連接扣。鋸齒環(huán)與標準連接環(huán)具有同等的強度，且連接可靠，避免了斷鏈事故的發(fā)生。兩種連接環(huán)對比如圖3所示。

圖3 連接環(huán)對比圖

2.2 改進頭尾鏈輪

現(xiàn)有邊雙鏈刮板輸送機由于其結(jié)構限制(鏈條貼近邊幫)，鏈輪齒結(jié)構受到局限，即輪齒寬度(沿軸向)較小，輪齒強度弱，運行中經(jīng)常出現(xiàn)輪齒變形(向兩側(cè)彎)，加速了輪齒的失效。而改進后的鏈輪鏈距減小，鏈條與邊幫距離增加，輪齒可增加寬度，較原有輪齒加寬40 mm，大大提高了輪齒的壽命。改進后鏈輪如圖4所示。

圖4 尾部鏈輪三維圖 圖5 鏈輪網(wǎng)格劃分

3 靜力學分析

3.1 鏈輪的分析

對鏈輪進行有限元分析，第一步是對其進行網(wǎng)格劃分(如圖5所示)，對鏈輪指派材料(45鋼)，建立鏈輪的材料屬性，按照鏈條張緊力和油缸推力計算的(額定負載下機頭鏈輪相遇點張緊力)S1=44 kN、(額定負載下機頭鏈輪分離點張緊力)S4=5 kN、(油缸推力)T=65 kN對鏈輪施加載荷。因鏈輪固定在軸上，不可移動，所以施加的約束為固定約束。

對鏈輪模型進行仿真求解，得到鏈輪的有限元分析云圖，如圖6、圖7所示。

如圖6所示，發(fā)現(xiàn)鏈輪的最大位移發(fā)生在輪齒的邊緣處，最大位移為0.083 2 mm,遠遠小于允許變形，在剛度上符合要求。

圖6 鏈輪位移云圖

如圖7所示，發(fā)現(xiàn)最大應力出現(xiàn)在鏈窩接觸鏈環(huán)部分，最大應力為108.36 MPa，而鏈輪材料的屈服強度為355 MPa，故鏈輪滿足強度要求。

圖7 鏈輪應力云圖

3.2 鋸齒環(huán)的分析

對鋸齒環(huán)進行有限元分析，分析步驟與鏈輪的分析步驟一致。由于緊邊的鋸齒環(huán)受力和松邊的鋸齒環(huán)受力是不一樣的，因此我們只分析兩者之中的較大者，取S1為鋸齒環(huán)的受力，如圖8所示。

圖8 鋸齒環(huán)載荷分布圖

對鋸齒環(huán)模型進行仿真求解，得到鋸齒環(huán)的有限元分析云圖，如圖9、圖10所示。

如圖9所示，發(fā)現(xiàn)鋸齒環(huán)的最大位移發(fā)生在鋸齒環(huán)的邊緣處，最大位移為0.007 265 mm,遠遠小于允許變形，故其剛度符合要求。

圖9 鋸齒環(huán)位移云圖

如圖10所示，發(fā)現(xiàn)最大應力出現(xiàn)在鋸齒環(huán)與鏈條接觸部分，最大應力為49.21 MPa，遠遠小于材料的屈服強度，故鋸齒環(huán)滿足強度要求。

圖10 鋸齒環(huán)應力云圖

4 小結(jié)

本文主要針對礦用邊雙鏈705G刮板輸送機的斷鏈問題進行了原因分析和結(jié)構改進；對改進后的鏈輪及鋸齒環(huán)在極限狀態(tài)進行了有限元分析，結(jié)果表明改進后的鏈輪和鋸齒環(huán)能夠滿足強度要求。