不同工作面倾角下的刮板输送机特性分析与研究

张国新

（中国煤炭科工集团太原研究院，山西省太原市，030006）

不同工作面倾角下的刮板输送机特性分析与研究

张国新

（中国煤炭科工集团太原研究院，山西省太原市，030006）

介绍了在不同工作面倾角下和非水平工作面上刮板输送机的工作特性，研究了两种输送方向下的刮板输送机运行性能以及随角度变化情况下的异同。该研究有助于进行合理的设备配套以及制定相应的生产规程。

刮板输送机 工作面倾斜角 运行阻力 功率分析

在煤矿生产中，煤炭运输工作是采煤生产过程的重要组成部分，刮板输送机是采煤工作面和采区巷道运煤的主要机械设备之一，是综采工作面配套设备的重要组成部分，它的性能在很大程度上决定了采煤工作面的生产能力和效率。因此，研究它的工作状况，了解它的工作特性，掌握输送机在不同条件下的运行情况，有利于确保整个采煤工作面顺利运行。在刮板输送机的实际运行中，刮板输送机铺设倾斜角度、铺设长度、煤质等具体工作条件都会影响刮板输送机的运转，尤其工作面倾斜角度是直接影响刮板输送机承载能力、工作可靠性的重要因素之一。一般来说，刮板输送机可用于水平运输，亦可用于倾斜运输。刮板输送机在斜向上运输时铺设倾角原则上不得超过25°，向下运输时倾角不得超过20°。当铺设倾角过大时，不仅会发生滑移，而且还可能使机器功率过大发生过载，从而导致安全事故。因此，采用合理方式对不同工作倾斜角度下的输送机进行研究分析是十分必要的。

1 功率计算

研究刮板输送机在不同铺设倾角下的运行状况就必须对其功率特性进行分析。刮板输送机的额定输送功率不仅标志着刮板输送机的负载能力，还是综采工作面设备选型匹配需要考虑的重点指标之一，而且，输送机空载功率也是判断机器性能的重

图1 刮板输送机铺设形状示意图

要标准之一。根据功率的计算公式P＝FV可知，刮板输送机的计算功率与其运行时受到的阻力和刮板链速有关，所以计算刮板输送机的功率首先需要计算输送机的运行阻力。实际工作中，由于刮板输送机在液压支架的推移作用下，不停变换中部槽的相对角度和位移，所以整个刮板输送机是呈“S”型，刮板输送机铺设形状示意图如图1所示。

因此，要准确地进行输送机计算就需要考虑弯曲程度对系统的影响，刮板输送机中部槽排列如图2所示，刮板输送机水平弯曲的相关技术参数计算过程如下。

刮板输送机中部槽弯曲段的曲率半径为：

式中：R——刮板输送机中部槽弯曲段的曲率半径，m；

Lm——每节中部槽长度，m；

α′——相邻中部槽之间的偏角，（°）。

弯曲段的长度为：

式中：Lw——弯曲段的长度，m；

a——支架推移刮板输送机步距，m。

机头部至弯曲段的长度为：

式中：L1——机头部至弯曲段的长度，m；

L——刮板输送机铺设长度，m。

弯曲段对应的中心角为：

式中：α——弯曲段对应的中心角，rad。

图2 刮板输送机中部槽排列示意图

通过以上计算，可以得出刮板输送机水平弯曲的相关技术参数。此外，由于刮板输送机在铺设时往往存在坡度，与水平面有一定夹角，因此在计算过程中要对其进行非水平受力分析。如图3所示，质量为G的重物运行阻力为垂直方向的分力与摩擦系数的乘积，再根据输送实际方向，加上或减去与工作面平行方向的分力。而所有输送机运行时所要承受的重量包括刮板链和刮板自身质量、负载煤炭的质量以及圆环链预紧力造成的阻力。刮板输送机运行阻力计算过程如下。

图3 输送机受力分析

空段刮板链运行阻力为：

式中：Wq——空段刮板链运行阻力，kg·f；

q0——刮板圆环链单位长度质量，kg；

f1——刮板链在溜槽中的移动阻力系数；

β——输送机倾斜角度，rad；

f——刮板与溜槽槽帮的阻力系数；

S1——圆环链预紧力，kN。

重段链条移动阻力为：

式中：WZ——重段链条移动阻力，kg·f；

q——单位长度煤炭的质量，kg；

ω′——煤在溜槽中的移动阻力系数；

K2——机尾轴上的附加阻力系数，单机头取1.06，双机头取1。

刮板输送机空载运行阻力为：

式中：WX——刮板输送机空载运行阻力，kg·f。

刮板输送机运行牵引力等于其运行阻力，因此不同工作状况下的电机功率为：

式中：Nmax——满载功率，kW；

V——刮板输送机的链速，m／s；

η——传动装置的总效率系数，一般取值为0.8～0.85。

空载功率为：式中：NX——空载功率，kW；

V——刮板输送机的链速，m／s；

η——传动装置的总效率系数，一般取值为0.8～0.85。

平均功率：

式中：NP——平均功率，kW。

2 工作面倾斜角对系统的影响

在工作面存在倾斜角的情况下，刮板输送机运行有两种工作方式，一是从地势低的一端到地势高的一端（向上输送），二是由地势高的一端到地势低的一端（向下输送），输送机的两种工作方式示意图如图4所示。

2.1 向上运输分析

第一种工作方式（向上输送）计算Wq时选择“∓”中的“－”号；计算WZ和WX时选择“±”中的“＋”号。通过研究，应用计算机软件技术建立整个系统的功率计算模型，通过计算分析，工作面倾斜角β和3种运行阻力曲线图如图5所示（该运算所有参数基于张家口煤机厂生产的SGZ764／400刮板输送机）。

图5显示随着刮板输送机铺设倾斜角β的增大，重段链条移动阻力WZ呈上升趋势，而空载运行阻力WX与空段刮板链运行阻力Wq呈现降低的趋势，并且空段刮板链运行阻力Wq在大于12.5°以后出现了小于零的情况，这是因为在输送机从低到高运行时，回空段的回程阻力其实是一种驱动运输的非阻碍力，而且随着角度的增大，这种有益于输送的力逐渐增大，此外，与摩擦力成正比的回程阻力随角度增大逐渐减小，所以空段链条阻力随工作面角度的增大而减小，达到一定角度后，运行阻力小于这种力，就出现了Wq小于零的情况。

输送机3种功率随铺设倾斜角β的变化趋势如图6所示，可以看出，当刮板输送机的机头在高位，输送方向由低到高时，随着铺设倾斜角度的增大，满载功率和平均功率均呈增大趋势，而空载功率呈现减小的趋势，这是由Wq随β增大而递减造成的。

图6 向上输送功率曲线图

2.2 向下运输分析

图7 向下输送运行阻力和功率曲线图

第二种工作方式（向下输送）计算Wq时选择“∓”中的“＋”号；计算W和W选择“±”中的“－”号，并且角度一般不超过20°。输送机运行阻力与功率随角度变化的曲线图如图7所示。

图7显示刮板输送机在向下运输时，空段刮板链运行阻力Wq随铺设角度增大而增大。正是由于这一点，在这种工作方式中，设备的功率随角度增长速度快于向上运输的第一种工作方式（角度为0时两种方式功率一致，但是达到25°时，向下运输的功率值大于向上运输的功率值），所以，刮板输送机在向下运输时倾斜角度一般不大于20°，小于向上运输时的25°。

3 结语

本文通过对存在铺设倾角的刮板输送机进行受力分析，并且借助计算机软件技术计算了许可范围内的不同倾斜角度下的输送机运行阻力和各种功率，得出了最终曲线图。通过对两种工况下的曲线进行分析发现，随着倾斜角度的增大，设备在向下运输时的功率消耗比向上运输时增长要快，这也是刮板输送机向下运输倾斜角度一般许用值小于向上运输的原因之一。通过这种研究方法可以更加清楚的掌握不同生产条件下的刮板输送机工作情况，从而有助于选择合理的选择设备配套，制定相应的生产规程。

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Analysis and research on characteristics of scraper conveyor working on mining face with different inclinations

Zhang Guoxin
（Taiyuan Institute of China Coal Technology and Engineering Group，Taiyuan，Shanxi 030006，China）

The characteristics of the scraper conveyor were introduced，which works on the mining face with different inclinations.The running performances of scraper conveyer in two transporting directions and their differences varied with the inclination were studied.This study is helpful for the rational use of complete sets of equipment and the establishment of related production procedures.

scraper conveyor，inclination of mining face，running resistance，power analysis

TD634.2

A

张国新（1975－），男，山西阳泉人，高级工程师，1997毕业于太原理工大学机械设计专业，现在中国煤炭科工集团太原研究院从事煤矿机械设备的研发、大修及科学性试验工作。

（责任编辑 路 强）