范少杰

（山西省河曲縣晉神能源有限公司 沙坪洗煤廠，山西 沂州 036500）

1 概 況

刮板輸送機(jī)為綜采工作面與采煤機(jī)和液壓支架相互配套的運(yùn)輸設(shè)備，在實(shí)踐應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)刮板輸送機(jī)在可靠性、使用壽命方面并不能夠完全適應(yīng)實(shí)際運(yùn)輸?shù)男枨?，其中一大主要原因是對刮板輸送機(jī)的動(dòng)力學(xué)特性掌握不足，無法通過設(shè)計(jì)或應(yīng)用改善其動(dòng)力學(xué)特性。因此，本文以SGD320/17B型刮板輸送機(jī)為例，通過仿真分析和試驗(yàn)2種手段綜合對刮板輸送機(jī)的動(dòng)力學(xué)特性展開研究。

2 刮板輸送機(jī)動(dòng)力學(xué)特性仿真分析

刮板輸送機(jī)與采煤機(jī)、液壓支架統(tǒng)稱為綜采工作面的三機(jī)，具有復(fù)雜的運(yùn)行模式和受力特性，主要表現(xiàn)在如下方面。

（1）由于綜采工作面生產(chǎn)條件復(fù)雜、環(huán)境惡劣，除了煤層片幫等惡劣工況的影響外，刮板輸送機(jī)運(yùn)輸負(fù)載會(huì)隨著采煤機(jī)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)、截割深度的變化以及液壓支架的推移等運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化。

（2）在刮板輸送機(jī)結(jié)構(gòu)方面，鏈條和鏈輪之間的傳動(dòng)由于存在多變效應(yīng)導(dǎo)致鏈條的運(yùn)動(dòng)模式更加復(fù)雜，其對應(yīng)的受力情況也相對復(fù)雜。鏈條會(huì)發(fā)生彈性拉長，加劇了鏈條的復(fù)雜性。

基于AMESim軟件建立刮板輸送機(jī)動(dòng)力學(xué)仿真模型，并利用Vogit建立鏈傳動(dòng)和整個(gè)輸送系統(tǒng)的模型，研究其在不同鏈速和不同張力下對應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特性。

2.1 刮板輸送機(jī)動(dòng)力學(xué)仿真分析分析

基于AMESim軟件建立SGD320/17B型刮板輸送機(jī)動(dòng)力學(xué)仿真模型，如圖1所示，參數(shù)如下：

圖1 刮板輸送機(jī)動(dòng)力學(xué)仿真模型Fig.1 Dynamics simulation model of scraper conveyor

刮板輸送機(jī)長度/m 80

鏈輪節(jié)圓直徑/m 0.193

鏈輪傳動(dòng)輪齒的齒數(shù) 6

驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速/（r·min-1） 1 470

刮板輸送機(jī)減速器傳動(dòng)比 24.95

輸送能力/（t·h-1） 40

主要對額定工況下不同位置的速度和張力進(jìn)行仿真分析。

（1）不同位置的速度變化。在啟動(dòng)工況下，2號、3號位置的加速度大于1號和4號位置，其速度存在明顯的波動(dòng)；在正常工作工況下，2號、3號位置的速度變化與1號和4號位置相比存在一定的滯后性。

（2）不同位置的張力變化。1號位置處鏈條的張力最小，4號位置處鏈條的張力最大，2號和3號位置的鏈條張力居中。在啟動(dòng)階段，4號位置處的鏈條張力值迅速增至最大值；1號位置處的鏈條張力值迅速降低至最小值，對應(yīng)的2號和3號位置處的張力值減小，但是3號位置處的張力值變化幅度較小。在正常工作工況下，由于刮板輸送機(jī)鏈條多邊效應(yīng)的影響，4個(gè)位置鏈條的張力始終處于動(dòng)態(tài)波動(dòng)狀態(tài)，波動(dòng)最大的位置為4號位置，最小為3號位置。

2.2 多工況下鏈傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性仿真分析

在刮板輸送機(jī)基礎(chǔ)動(dòng)力學(xué)特性仿真分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行多工況下的動(dòng)力學(xué)特性分析，重點(diǎn)考慮在不同運(yùn)行阻力、不同運(yùn)行速度和不同地形下傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性。

根據(jù)刮板輸送機(jī)的組成，鏈傳動(dòng)系統(tǒng)包括有驅(qū)動(dòng)鏈輪、從動(dòng)鏈輪、立環(huán)以及平環(huán)等。為了兼顧對鏈傳動(dòng)系統(tǒng)在多工況下動(dòng)態(tài)特性的充分分析和計(jì)算的難度，對模型進(jìn)行簡化，基于ADAMS軟件建立鏈傳動(dòng)仿真模型，如圖2所示。

圖2 刮板輸送機(jī)鏈傳動(dòng)仿真模型Fig.2 Chain drive simulation model of scraper conveyor

鏈傳動(dòng)系統(tǒng)鏈速分別為0.2、0.4、0.6和0.8 m/s，負(fù)載阻力分別為5、10、20、30和40 kN，地形傾角分別為2°、4°、6°、8°、10°的情況進(jìn)行仿真分析，設(shè)定仿真時(shí)長為3 s，所得仿真結(jié)論如下。

（1）隨著鏈速的增加，刮板輸送鏈條傳動(dòng)系統(tǒng)在緊變和松邊均出現(xiàn)波動(dòng)情況，而且波動(dòng)趨勢隨著鏈速的增加而增加，鏈條的波動(dòng)在多邊效應(yīng)的影響下呈現(xiàn)周期性的變化。

（2）隨著負(fù)載阻力的增加，對應(yīng)鏈傳統(tǒng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩明顯增加，并呈現(xiàn)周期性的波動(dòng)，波動(dòng)周期與實(shí)時(shí)鏈速和齒數(shù)相關(guān)；鏈條傳動(dòng)系統(tǒng)緊邊的接觸力大于松邊。

（3）地形傾角的變化對鏈條傳動(dòng)系統(tǒng)緊邊的接觸力影響不大，主要對松邊位置鏈輪與鏈環(huán)之間的接觸力有影響，但影響也很微小。

3 刮板輸送機(jī)動(dòng)力學(xué)特性試驗(yàn)研究

在實(shí)驗(yàn)室搭建刮板輸送機(jī)動(dòng)力學(xué)特性試驗(yàn)臺，對其實(shí)際工況下的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行研究。試驗(yàn)臺是在SGD320/17B型刮板輸送機(jī)基礎(chǔ)上改進(jìn)的，對其中部槽長度、刮板間距等改造以保證其適用實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。試驗(yàn)臺配置機(jī)械模塊、電氣控制模塊和測量模塊。機(jī)械模塊包括除刮板輸送機(jī)以外的液壓調(diào)節(jié)千斤頂、支撐鋼板等；電氣控制模塊包括變頻器和變頻電機(jī)，變頻器型號為QBN9000-30，變頻電機(jī)功率為18.5 kW；測量模塊包括DH5905動(dòng)態(tài)信號無線采集傳感器、電渦流互感器、轉(zhuǎn)速測量裝置等。

此次試驗(yàn)主要對鏈速、地形以及負(fù)載因素下刮板輸送機(jī)的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行對比。刮板輸送機(jī)的鏈速通過對電機(jī)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)控制，設(shè)定變頻器的頻率為2、4、6、8、10、12、14、16、18、20 Hz，對應(yīng)的刮板輸送機(jī)的鏈速分別為0.023 6、0.047 1、0.070 7、0.094 3、0.117 8、0.141 4、0.165 0、0.188 5、0.212 1、0.235 7 m/s。不同的地形包括平直工況、水平彎曲工況、垂直彎曲工況以及水平+垂直彎曲復(fù)合工況4種情況。鑒于在實(shí)驗(yàn)室無法模擬刮板輸送機(jī)滿載運(yùn)行的工況，此次試驗(yàn)對空載和負(fù)載2種工況下的情況進(jìn)行分析。

（1）在實(shí)際工況下，隨著變頻電機(jī)頻率的增加，即鏈速的增加，對應(yīng)刮板輸送機(jī)刮板與中部槽以及鏈條與鏈輪之間振幅增加。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中為了保證刮板輸送機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，需保證刮板與中部槽之間能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)過渡。

（2）在水平和垂直彎曲的復(fù)合工況下，刮板輸送機(jī)的動(dòng)力學(xué)特性對其鏈條與鏈輪之間嚙合頻率最敏感；在水平和垂直彎曲2種工況下最容易出現(xiàn)中部槽刮卡的現(xiàn)象。

（3）在空載條件下運(yùn)行，刮板輸送機(jī)各輸出軸的振幅明顯下降，且鏈條與鏈輪之間嚙合頻率相對穩(wěn)定；在負(fù)載條件下運(yùn)行，刮板輸送機(jī)機(jī)頭鏈輪和機(jī)尾鏈速的速度差明顯增加，鏈條出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象。

4 結(jié) 論

本文從理論和試驗(yàn)2方面對SGD320/17B型刮板輸送機(jī)的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論。

（1）隨著鏈速的增加，刮板輸送鏈條傳動(dòng)系統(tǒng)在緊變和松邊均出現(xiàn)波動(dòng)情況，而且波動(dòng)趨勢隨著鏈速的增加而增加，鏈條的波動(dòng)在多邊效應(yīng)的影響下呈現(xiàn)周期性的變化。隨著負(fù)載阻力的增加，對應(yīng)鏈傳統(tǒng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩明顯增加，并呈現(xiàn)周期性的波動(dòng)，波動(dòng)周期與實(shí)時(shí)鏈速和齒數(shù)相關(guān)；鏈條傳動(dòng)系統(tǒng)緊邊的接觸力大于松邊的位置。地形傾角的變化對鏈條傳動(dòng)系統(tǒng)接觸力影響不大。

（2）在實(shí)際工況下，隨著變頻電機(jī)頻率的增加，即鏈速的增加，對應(yīng)刮板輸送機(jī)刮板與中部槽以及鏈條與鏈輪之間振幅增加，在實(shí)際生產(chǎn)中為了保證刮板輸送機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，需保證刮板與中部槽之間能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)過渡。在水平和垂直彎曲的復(fù)合工況下，刮板輸送機(jī)的動(dòng)力學(xué)特性對其鏈條與鏈輪之間嚙合頻率最敏感，在水平和垂直彎曲兩種工況下最容易出現(xiàn)中部槽刮卡的現(xiàn)象。在空載條件下運(yùn)行，刮板輸送機(jī)各輸出軸的振幅明顯下降，且鏈條與鏈輪之間嚙合頻率相對穩(wěn)定；在負(fù)載條件下運(yùn)行，刮板輸送機(jī)機(jī)頭鏈輪和機(jī)尾鏈速的速度差明顯增加，鏈條出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象。