李小剛

（西山煤電鎮(zhèn)城底礦選煤廠， 山西 古交 030200）

引言

選煤機(jī)作為煤炭生產(chǎn)的主要設(shè)備，其排料系統(tǒng)的刮板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對煤礦的高效安全生產(chǎn)意義重大。選煤技術(shù)主要可分為干法選煤與濕法選煤，目前煤礦主要采用干法選煤技術(shù)中的空氣重介質(zhì)選煤法，該方法對水資源和環(huán)境溫度的要求較低，無需采用濕法選煤技術(shù)中的煤水處理裝置，使用成本更低[1-2]。

空氣重介質(zhì)選煤法的工作原理示意圖如圖1 所示。空氣重介質(zhì)選煤法的主要工作原理：通過鼓風(fēng)機(jī)將空氣壓縮，經(jīng)布風(fēng)板流入流化床，其中注入的重介質(zhì)在空氣作用下變?yōu)闅怏w中夾帶有固體顆粒物料的流動狀態(tài)，同時(shí)煤炭由設(shè)備上的給煤口進(jìn)入流化床，密度相對較小的煤炭會上升，而碎石則沉到床底，經(jīng)輸送帶送到3 處出口排出。

圖1 空氣重介質(zhì)選煤法工作原理示意圖

作為選煤機(jī)的主要設(shè)備，刮板輸送機(jī)極易出現(xiàn)斷鏈、跳鏈、飄鏈、刮板磨損及彎曲等問題[3]。在實(shí)際生產(chǎn)中，刮板輸送機(jī)故障可能導(dǎo)致選煤機(jī)的生產(chǎn)停滯，甚至?xí)l(fā)嚴(yán)重的安全事故，因此，需對刮板結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高選煤機(jī)的工作效率與安全性[4-5]。

1 結(jié)構(gòu)分析

刮板輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2 所示。其結(jié)構(gòu)主要有以下特點(diǎn)：輸送機(jī)的上層傳送鏈將精煤排出，下層傳送鏈則排出矸石；為避免處于流動狀態(tài)的重介質(zhì)流出，兩側(cè)排料口應(yīng)處于相對較高位置；輸送機(jī)的傳送鏈間充滿重介質(zhì)及煤炭，傳送鏈易被碎石等顆粒磨損；排料口的轉(zhuǎn)彎處需使用壓塊固定傳送鏈的方向，摩擦阻力隨之增大；傳送鏈一般為價(jià)格低、承重大的圓環(huán)形鏈條；刮板較長，一般可達(dá)2 m 以上；輸送機(jī)的傳動方式為雙邊鏈傳動。

圖2 刮板輸送機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2 受力情況

本文以物料處理量為50 t/h 的選煤機(jī)為例，對其進(jìn)行受力分析。該選煤機(jī)的相關(guān)參數(shù)如表1 所示。

表1 選煤機(jī)運(yùn)行相關(guān)參數(shù)表

2.1 運(yùn)行摩擦阻力

輸送機(jī)傳送鏈可分為若干直線段，每段的運(yùn)行摩擦阻力可根據(jù)下式計(jì)算得出：

式中：Wi-（i+1）為第i-（i+1）段的運(yùn)行摩擦阻力，N；Li為傳送鏈的長度，m；f1為傳送鏈與流化床接觸面的摩擦阻力系數(shù)，一般取0.3；q0為每米的傳送鏈重力，N/m；q 為物料重力，N/m；f2為物料與流化床面的摩擦阻力系數(shù)，一般取0.4；αi為該段刮板輸送機(jī)的傾斜角度。

根據(jù)式（1）可計(jì)算出各直線段的運(yùn)行摩擦阻力，如表2 所示。

表2 各直線段摩擦阻力WN

2.2 傳送鏈各點(diǎn)張力

該選煤機(jī)傳送鏈的預(yù)張力為：

式中：α 為圓弧角度；f 為壓鏈塊處傳送鏈與流化床接觸面的摩擦阻力系數(shù)。

根據(jù)上述分析過程，可計(jì)算出12 個(gè)點(diǎn)張力，具體如表3 所示。

表3 各點(diǎn)張力SN

由上表數(shù)據(jù)可得主輪的驅(qū)動力W0=（S12-S1）+W12-1=32 454 N。

2.3 刮板受力

選煤機(jī)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，刮板上受到的平均載荷為1.36 N/mm，刮板高度h 為35 mm，寬度b為100 mm，周長l 為2 000 mm。根據(jù)彎矩計(jì)算公式可得：承受最大彎矩Mmax=ql2/4=1 360 N·m；承受最大正應(yīng)力σmax=6Mmax/bh2=67 N/mm2；最大彎矩與最大正應(yīng)力均在刮板可正常使用的安全范圍內(nèi)。

3 分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)

在礦井下較為惡劣的工作環(huán)境中，刮板輸送機(jī)易產(chǎn)生疲勞、磨損、斷裂等多種故障，通過對這些問題進(jìn)行分析，并進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[6-8]。

1）排矸石口的傾斜角度設(shè)置為30°時(shí)，減小了選煤機(jī)體積，可避免重介質(zhì)流出輸送機(jī)，但傾斜角度較大會導(dǎo)致壓鏈塊與轉(zhuǎn)角處的壓力與摩擦力較大，運(yùn)行摩擦力也隨之增大，使得傳送鏈磨損速度變快。因此，排矸石口的傾斜角度應(yīng)該根據(jù)煤炭的成分特點(diǎn)進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，當(dāng)煤炭中矸石較少時(shí)，傾斜角度可適當(dāng)增大，反之則傾角較小。這樣設(shè)計(jì)可在避免介質(zhì)流出的同時(shí)，盡量減小傳送鏈的運(yùn)行摩擦力，以減輕傳送鏈的磨損。

2）刮板與布封板的間隔要求位于1.5～2.5 mm之間，對設(shè)計(jì)精度要求較高。此距離與刮板、密封墊、軌道、法蘭凸緣盤等部件的制造精度有關(guān)，因安裝及制造存在一定誤差，很難保證間隔距離符合標(biāo)準(zhǔn)，間隔誤差會導(dǎo)致沉淀物殘留在輸送機(jī)中，當(dāng)沉淀物積累較多時(shí)就會影響重介質(zhì)的流化與煤炭的篩選過程。此外，兩側(cè)壓鏈塊的距離較短，鏈條的驅(qū)動力也較大，鏈條不會發(fā)生漂浮現(xiàn)象，且刮板較長，體積較大的矸石易卡在刮板上，最終會導(dǎo)致刮板彎曲，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致傳送鏈斷裂。因此，為減小間隔誤差，可將軌道直接安裝在布封板上，以避免多部件的誤差累積，這樣既提高了刮板與布封板間隔的精度，又降低了石塊卡在刮板上的發(fā)生概率。

3）刮板的屈服極限值較低，可通過熱處理等方式提高刮板的彎曲強(qiáng)度。

4）壓塊鏈的主要作用是防止傳送鏈的跳動，雖然其結(jié)構(gòu)簡單且價(jià)格較低，但會增大運(yùn)行摩擦力，加重刮板的磨損程度。因此，可用壓鏈輪代替壓塊鏈，變?yōu)闈L動摩擦后運(yùn)行摩擦力大幅減小，從而減少了對刮板的磨損。但因壓鏈輪體積較大，可選擇將上層的壓鏈塊替換為壓鏈輪，下層仍采用壓鏈塊，這樣還可在一定程度上減少對刮板的磨損。

5）處于流動狀態(tài)的重介質(zhì)會與傳送鏈產(chǎn)生摩擦，鏈條磨損程度較為嚴(yán)重，增大傳送鏈的尺寸可降低磨損帶來的影響，因此，可將傳送鏈的尺寸由14 mm×50 mm 改為18 mm×64 mm。

6）壓鏈塊與刮板的間隔較小，刮板頭部易卡在壓鏈塊與軌道之間，易導(dǎo)致壓鏈塊處的傳送鏈斷裂。因此，可將壓鏈塊與刮板之間的間隔距離適當(dāng)擴(kuò)大，同時(shí)將刮板頭部的尖角磨圓，可在一定程度上避免刮板頭部卡頓的現(xiàn)象發(fā)生。

7）鏈條和鏈輪之間若存在煤塊或其他雜物，因其占據(jù)了鏈條和鏈輪的咬合位置，會使鏈條運(yùn)轉(zhuǎn)半徑突然增大，導(dǎo)致后面的鏈條提前錯(cuò)位咬合鏈輪或兩側(cè)鏈條松緊不一致而發(fā)生跳鏈；刮板中心線與鏈輪中軸線出現(xiàn)偏斜、不平行等問題也會導(dǎo)致跳鏈。因此，需保證刮板機(jī)兩條鏈長度的一致性和安裝的正確性，將傳送鏈的松緊度調(diào)節(jié)好，以避免跳鏈現(xiàn)象的發(fā)生。

4 結(jié)語

選煤機(jī)排料系統(tǒng)所處工作環(huán)境較為復(fù)雜，將優(yōu)化后的選煤機(jī)排料系統(tǒng)的刮板應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)后，刮板磨損、彎曲及鏈條斷裂等問題明顯減少。實(shí)踐證明，采用以上措施優(yōu)化刮板結(jié)構(gòu)，可提高選煤機(jī)的生產(chǎn)效率與安全性，對煤炭的實(shí)際生產(chǎn)工作具有一定的指導(dǎo)意義。