0 引言

刮板輸送機是采煤工作面中不可或缺的一部分，已有近百年的發(fā)展歷程，因其結(jié)構(gòu)強度高，能經(jīng)受住礦料的沖撞，相比帶式輸送機、板式輸送機、鑄石刮板輸送機更適合在瞬時來料量大的工況中承載和轉(zhuǎn)運礦料；在綜采工藝中，刮板機的各項配置參數(shù)都有一套成熟的算法，而將刮板機用在卸車工藝時，設(shè)備規(guī)格和裝機功率就不能簡單地按小時運量計算，還需要考慮礦料的最大粒級、車載量和卸車間隔，兩種計算最大的區(qū)別在于前者是連續(xù)給料，后者是間斷給料，由于汽車或單斗將礦料卸載到刮板機上時，礦料會在短時間內(nèi)堆積到槽箱內(nèi)，形成類似工作面片幫的效果，負載功率會瞬間增大，因此裝機功率要足夠克服堆積物料產(chǎn)生的正壓力，而選取的功率富余量大時會提高整機的配置規(guī)格，造成資源浪費。另一方面，由于汽車卸車間隔較長，所以刮板機運量不大，但考慮到鏈條安全系數(shù)和礦料最大粒級，刮板機的槽寬反而需要增大，因此，需要配置較低的刮板鏈速控制運量，避免造成后續(xù)設(shè)備的卡堵，同時還能有效減緩刮板機本身的磨損。

1 設(shè)計計算的原始數(shù)據(jù)

刮板機在卸車工藝中起轉(zhuǎn)運作用，通常固定安裝在地坑內(nèi)或平鋪在地面上，如圖1、圖2所示，受料段長度滿足汽車或單斗卡車的卸載長度即可，所以整機長度一般在20m到30m之間；輸送量根據(jù)卸車頻次和車載量可以簡單計算得出，采用汽車運輸時，單臺刮板機輸送量一般不超過200t/h，而在大型露天礦中，輸送量需要達到1000t/h。

圖1 露天礦中單斗卡車卸載示意圖

本文以圖2中的卸載方式為例進行具體選型說明，其中汽車每車載煤量為40t，輸送機長度25m，卸料段長度15m，水平安裝，輸送機運量200t/h，來料最大粒度為300mm，槽體兩側(cè)安裝擋板，擋板與水平面間的夾角呈60°。

圖2 煤廠中汽車卸載示意圖

2 設(shè)備選型

2.1 初選槽寬

槽寬應(yīng)該根據(jù)礦料的最大粒度、運量和鏈條規(guī)格三方面的因素綜合選取，槽寬必須大于礦料的最大粒度，防止礦料在槽體內(nèi)卡堵，根據(jù)示例中提供的粒度和運量結(jié)合表1中的數(shù)據(jù)，按標準規(guī)格選擇630mm槽寬的刮板機即可滿足使用要求，但在卸車工況中，由于刮板機的瞬時負載較大，因此需要增大鏈條規(guī)格保證鏈條的安全系數(shù)，確保整機的可靠性，所以初選34×126的鏈條進行相關(guān)計算，對應(yīng)最小槽寬為764mm，后期根據(jù)校核結(jié)果，再進行選型調(diào)整。

表1 順槽用刮板轉(zhuǎn)載機的技術(shù)參數(shù)表

2.2 刮板機運行阻力計算

刮板機運行阻力分為兩部分，一是刮板鏈本身運行的阻力，二是槽體內(nèi)堆積的礦料造成的阻力，前者可以根據(jù)空載時的狀態(tài)簡單計算獲取，后者需要按單次卸車的最大量計算，如圖3，將堆滿槽體的物料分為A、B、C三個區(qū)域，其中A區(qū)域的礦料對刮板施加正壓力，B區(qū)域和C區(qū)域的礦料對槽體側(cè)壁施加側(cè)向壓力。

圖3 槽體滿載時的堆積斷面圖

按槽體內(nèi)40t礦料、卸料段15m長計算，A區(qū)域的礦料重約21t，B和C區(qū)域礦料的總重約19t，可以根據(jù)公式（1）計算出礦料對刮板機造成的阻力為179.34kN。

式中Wk——礦料對刮板機造成的阻力（kN）；

qa——A區(qū)域礦料的質(zhì)量（kg）；

qb——B區(qū)域礦料的質(zhì)量（kg）；

qc——C區(qū)域礦料的質(zhì)量（kg）；

g——重力加速度，g=9.8m/s2；

α——擋板與水平面間的夾角（°）；

ω——煤在溜槽中移動的阻力系數(shù)，ω=（0.5-0.6）。

鏈速按公式（2）計算得0.237m/s

式中ν——刮板鏈條速度（m/s）；

Q——刮板機的運量（t/h）；

A——溜槽上物料的裝載斷面（m2）；

ρ——物料的堆積密度，ρ=0.9t/m3。

將鏈速、安裝傾角、設(shè)備長度、刮板鏈重量帶入連續(xù)輸送機械手冊中有關(guān)刮板機的計算公式（3）可以得出空載時刮板鏈本身的運行阻力，結(jié)果為19.96kN，所以，刮板機在滿載狀態(tài)下的整體運行阻力為199.3kN。

式中WZ——刮板機空載時的運行阻力（kN）；

q0——刮板鏈條每米長度的質(zhì)量（kg）；

ω′——刮板鏈條在溜槽中移動時的阻力系數(shù)，ω′=（0.3-0.4）；

L——刮板輸送機設(shè)計長度（m）；

β——刮板輸送機傾角（°）；

“±”——根據(jù)刮板鏈條向上運行時取“+”號；反之取“-”號。

2.3 整機功率計算

初選7齒鏈輪，節(jié)圓半徑為283.5mm，按公式（4）計算可得驅(qū)動軸需要的扭矩為56501.6Nm。

式中T——驅(qū)動軸的扭矩（N·m）；

W——刮板機的運行阻力（kN）；

L——鏈輪節(jié)圓半徑（mm）。

按公式（5）計算可得驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速為8.06r/min。

式中n——驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速（r/min）；

p——鏈條節(jié)距（m）；

z——鏈輪齒數(shù)（mm）。

按公式（6）計算可得軸的驅(qū)動功率為47.69kW。

式中P1——軸的驅(qū)動功率（kW）。

按公式（7）計算可得驅(qū)動電機的功率為67.33kW，取標準電機功率75kW。

式中k——刮板機電機功率備用系數(shù)，k=1.2；

φ——刮板機傳動效率，φ=0.85。

2.4 鏈條強度校核

式中kmin——刮板機鏈條最小安全系數(shù)；

Ta——刮板機鏈條最小破斷負荷（kN）；

Tm——刮板機滿載啟動時鏈條最大拉力（kN）。

式中nc——刮板機鏈條根數(shù)，nc=2；

Tb——刮板機單股鏈條最小破斷負荷（kN）；

ka——刮板機鏈條受力不均勻系數(shù)，ka=0.9。

式中nb——刮板機電機啟動力矩系數(shù)，nb=2.5。

在公式（8）（9）（10）中分別帶入30×108規(guī)格和34×126規(guī)格鏈條的最小破斷負荷，計算得出安全系數(shù)分別是3.02和3.88，說明初選的鏈條規(guī)格和槽寬合理，如果校核結(jié)果出入較大，則以此次計算結(jié)果為依據(jù)重新設(shè)定初選參數(shù)，按步驟依次計算。

2.5 選型確定

為控制刮板機的運量，選擇了較低的刮板鏈速，從以上計算可以看出，驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速只有8.06r/min，按6級電機配置，減速器速比也要達到120，參照現(xiàn)有通用減速器的技術(shù)參數(shù)，需要四級傳動才能實現(xiàn)，所以減速器的外形體積大、制造成本過高。實際選取時，可以通過增大電機功率、降低減速器速比的方法保證輸出扭矩不變，因速比變化導致鏈速加快的問題通過配置變頻器解決，變頻器在低頻輸出時有恒轉(zhuǎn)矩的特性，不影響出力，并且刮板機具備調(diào)速功能后，可以按照實際生產(chǎn)狀況調(diào)整刮板機的輸送能力，適應(yīng)性更強。

三級傳動的錐齒斜齒輪減速器最高速比一般設(shè)置在70左右，按6級電機的轉(zhuǎn)速核算，刮板鏈速為0.414m/s，帶入上述公式核算后，取標準電機功率132kW；而在連續(xù)給料的順槽轉(zhuǎn)運工藝中，刮板機輸送相等物料所需的配置相對較低，具體選型參數(shù)對比見表2。

表2 兩種工況下的設(shè)備選型參數(shù)對比表

另外，設(shè)備一般在地面露天使用，在冬季如果沒有采暖措施，減速器與電機的選型還要考慮較低的環(huán)境溫度，比如冷卻方式應(yīng)該選擇風冷或強迫風冷，減速器中配置油加熱器等。

3 現(xiàn)場試驗結(jié)果與分析

實際工況中，按選型計算結(jié)果采用SZZ764/132中雙鏈刮板轉(zhuǎn)載機，選用機頭單動力部驅(qū)動，固定安裝在地坑內(nèi)，主要配置參數(shù)見表3。

表3 SZZ764/132中雙鏈刮板轉(zhuǎn)載機配置參數(shù)表

刮板機實際運轉(zhuǎn)時，變頻器頻率設(shè)定為32Hz，實際使用鏈速為0.257m/s；汽車在翻車機上就位后，單車卸載時間平均為99s；刮板機拉空單車卸載的原煤平均用時698s。觀察刮板機從入料到出料時變頻器的輸入電流可以發(fā)現(xiàn)，最大輸入電流為120.3A，最小輸入電流為11.2A，具體電流變化曲線如圖4所示。

圖4 刮板機轉(zhuǎn)運單車原煤電流與運行時間關(guān)系圖

從圖4中可以看出，在卸車時間段，刮板機的負載迅速增大，直至完全卸車后，槽箱內(nèi)堆積物料最多時，輸入電流開始呈直線緩慢下降，當刮板機拉空后，輸入電流恢復到空載狀態(tài)。圖中最大輸入電流達到了電機額定電流的85.4%，有較小的富余量，這是兩方面因素造成的，一是卸車時長，選型計算時，是按槽箱內(nèi)堆滿40t原煤計算，而實際生產(chǎn)過程中，卸車時間較長，在卸載的同時有部分原煤已經(jīng)被刮板機運出，未能達到滿載狀態(tài)，產(chǎn)生了功率富裕的現(xiàn)象，但是考慮到煤廠突發(fā)性斷電等極端情況導致刮板機在負載時停機，會出現(xiàn)刮板機滿載的狀態(tài)，還是應(yīng)該按最大車載量計算選型；另一方面的因素是選配標準功率電機產(chǎn)生的，電機選型是根據(jù)功率計算結(jié)果靠上選取標準功率值，所以也會造成一定的功率富裕。因此，證明上述以礦料在溜槽內(nèi)的最大堆積量和堆積狀態(tài)為側(cè)重點計算刮板運行阻力的方法基本合理，可以保證刮板機在間斷給料工藝中既能可靠運行又不造成配置浪費。

4 結(jié)語

本文以煤廠中汽車供料的工藝為示例對象，對刮板機的選型步驟進行了詳細描述，通過算法可以看出，影響刮板機配置的最主要因素是車載量，即刮板機每次承載礦料的最大量；當溜槽內(nèi)堆滿礦料時刮板機負載最大，最易發(fā)生悶車和斷鏈事故，處理時需要先將槽內(nèi)的礦料清理，工作量大，安全性差，因此保證刮板機的可靠性尤為重要。通過對比分析可以發(fā)現(xiàn)，卸車用刮板機具有長度短、槽寬大、鏈條粗、鏈速慢、功率大的特點，在初選設(shè)備規(guī)格時，可以有意進行放大，減少校驗次數(shù)。