煤矿用刮板输送机设计对比与分析

张鹏飞

摘 要：对国际上两种主流机型的刮板输送机进行全面的比较，分析两者在结构型式、技术性能和实际使用效果的差别，供国内广大煤矿用户和设备生产企业参考借鉴。

关键词：刮板输送机中部槽；软启动；刮板链

美国JOY公司和德国DBT公司（现已被美国卡特公司收购）是国际上最大的两家综采设备制造企业，不仅能够为用户提供成套的高端技术装备，在新产品的研发方面更是有着丰富的经验和深厚的技术储备。两家公司的刮板输送机在结构特征存在很大差异，但在使用中都有非常出色的表现，经受住了煤矿严酷工作条件的考验，现对两家的刮板输送机产品进行比较，分析各自的特色与优势，供国内广大煤矿用户和设备生产企业借鉴。

1 中部槽

中部槽构成刮板输送机的躯干，占到整机重量的50%以上，中部槽寿命是衡量设备寿命的重要指标。JOY和DBT两家公司的中部槽有存在显著差异。

德国DBT公司采用传统的“轧制-焊接结构”：槽帮采用轧制成形，中底板先与左右挡板焊接，再焊接铲板、哑铃联接座、推移耳、弯板和轨座等其它零部件。轧制槽帮和相关锻件有非常高的强度、韧性和尺寸精度，材料的内在缺陷少，采用机器人自动焊接，焊接质量得到有效保证。

DBT公司中部槽分为主槽体和上溜槽两部分：上溜槽结构简单，主要承担刮板运行和煤输送过程的磨损，强度要求低，可采用耐磨的材料，槽体磨损后可方便更换；结构复杂的主槽体主要是确保强度，采用强度高、韧性好、焊接性能好的材料组焊而成，可多次重复利用，降低设备使用费用，PF5中部槽上溜槽中板厚度30mm，主槽体中板厚度25mm，上溜槽过煤量可达到2000万吨，主槽体的过煤寿命可达到4000万吨。

轧焊式中部槽的缺点在于槽帮的尺寸变化比较困难：由于槽帮轧制过程中轧辊流水线的工艺调整复杂，同规格槽帮轧制需要有一定批量，因此生产灵活性差，应用受到很大限制。轧焊式中部槽焊道多，对焊接质量要求非常严格。这些因素限制了轧焊式中部槽在国内的推广应用。

JOY公司于20世纪80年代末开发成功铸焊式结构中部槽：中部槽分为铲板槽帮、挡板槽帮、中板、底板、弯板、轨座共六部分，与轧焊式中部槽比较，零件数量大幅减少，焊接工作量和焊接复杂程度与难度显著降低，槽帮采用模型铸造工艺，便于利用铸造成型过程中的金属流动性形成复杂的形状，更好的承担各种复杂的工作载荷，避免局部的应力集中。

目前槽帮材料通常采用ZG30MnSi，高性能槽帮还加入Mo等合金元素，采用调质处理，具有较高的强度、韧性和耐磨性，抗拉强度达到600～900Mpa，表面硬度HB240～280。中部槽中底板采用高强度耐磨钢，槽帮与中底板联接的焊缝采用熔透焊接方式，强度完全能够与母材匹配，具有很好的韧性，铸焊式中部槽的寿命和可靠性显著提高，1000mm槽宽中部槽中板厚度40mm，过煤量寿命达到2500万吨时，中板磨损量不到20mm。

单件槽帮的重量200～600kg，采用模具铸造，生产工艺简单，不受生产批量限制，根据煤矿的地质条件和综采工作面设备配套具體要求可灵活调整槽帮的形状与尺寸。由于铸焊式中部槽的生产方式灵活，生产工艺简单，因此被国内外刮板输送机生产厂家广泛采用，同时得到广大用户的认可。

2 驱动系统

由于受工况的影响，刮板输送机经常性重载启动，同时长运距刮板输送机通常采用机头尾双电机驱动或3台电机驱动，电机出力容易产生不均衡，因此刮板输送机启动困难，容易对传动系统和链条产生应力冲击，严重时会导致链条的断裂或电机的烧毁，大功率刮板输送机通常采用软起动装置。

德国DBT公司采用CST可控软启动装置，摩擦离合器布置在减速器输出端的行星架与箱体之间，有独立的高压自动供液系统调整动静摩擦片之间的压力，可对减速器输出扭矩的精确控制，实现软启动和多电机驱动的功率平衡；CST离合器对负载变化的响应快，一旦链条发生刮卡，离合器几毫秒内就会打开，电动机和减速箱高速旋转的转动惯量不会通过输送机链轮作用到链条上，能够实现有效的过载保护，延长链条使用寿命，提高整机运行可靠性。实践证明相似机型的刮板输送机，DBT的刮板输送机链条断裂次数少，使用寿命长。CST的缺点在于内部结构和控制系统复杂，制造精度要求高，摩擦片对润滑油的油质要求较高，因此价格昂贵，日常维护难度大，维修成本高。

JOY公司软启动采取的是液力传动技术，使用清水作为传动介质，偶合器布置在减速器和电机之间：电机启动前先将液力偶合器内腔的液体排空，电机空载启动，达到额定转速后，阀控供液系统开始对偶合器内腔快速供液，大概用20秒时间完成充液过程，刮板输送机完成启动过程，进入正常工作运行状态。设备运行过程，阀控供液系统通过检测水温度的变化，按照程序设定自动排液与充液，注入冷水，排出热水，将偶合器内腔的水温控制在50℃以下，避免水的高温结垢等对阀控充液系统的影响。

由于自身的工作特性要求，阀控充液型液力偶合器要求供水流量≥150L/min，动态压力在0.4～1.2Mpa之间，同时对水质都有一定的要求，水质差容易引起供液控制阀的结垢。在实际使用过程中，由于供水条件不能完全满足要求，导致充液阀结垢堵塞的问题还是无法避免，阀控充液型液力偶合器日常维护工作量大，工作可靠性受到一定的影响。

2009年，JOY公司供神东的刮板输送机采用一体式变频电机驱动，实现了设备的软起动与功率平衡功能。与阀控充液型液力偶合器相比，变频电机驱动的优势在于水仅作为电机工作的冷却介质，不参与传动过程，对流量和水质的要求降低，水流量大于30L/min，压力≥0.4MPa就能够满足设备使用要求。变频电机自身有非常完善的故障诊断和保护系统，日常维护量少，使用可靠性显著提高，电机的理论使用寿命达到15年，使用36000小时后进行维修，仅需更换轴承和密封和少量电子元件，维修费用仅相当于整机的15%，虽然变频驱动电机的初期采购价格高，但后续维护和维修费用低，因此有很强的竞争力，目前变频驱动在刮板输送机应用越来越多。

刮板输送机通常是针对某一特定的工况设计，通常按最大运量的要求设定链速，但由于工作面实际条件的差异，运量会有非常大的差异，在实际运量小的时候，需要将链速降低以减少链条、链轮的磨损，减少能耗，这是CST和阀控充液型液力偶合器等其他软启动方式不能实现的，而变频驱动可实现恒扭矩的长期低速驱动，机械效率却没有明显变化，根据负载变化实现链速的自动调节对于刮板输送机的节能降耗有重要的意义，因此，变频技术在刮板输送机上的应用有广阔的前景。

3 刮板链

刮板链是刮板输送机最薄弱的环节。据统计，刮板输送机60%以上的事故停机发生在刮板链部位，同时刮板和链环的数量多，出现问题的位置也不确定，日常检修困难。刮板链发生故障时，需要对运载的煤进行清理，断链发生在下溜槽时，处理更加困难，经常会造成长时间停机，对生产影响非常大。

由于输送机推移造成输送机的弯曲，以及底板的起伏造成中部槽的错口，以及煤和矸石的影响，刮板在运行中经常性的发生刮卡。由于结构的影响，与圆环链立环接触的部位是刮板最薄弱的环节：对于Φ48X152标准规格的链条，两个立环之间的间隙只有56mm，考虑到预留适当的间隙，刮板的宽度只有46mm，由于使用的磨损，强度会进一步降低，使用中如果发生比较严重的刮卡，刮板就非常容易在该部位发生弯曲，严重时会导致刮板的断裂，如果不能及时发现，会进一步引起链条的断裂，造成严重的停机事故。

德国DBT公司刮板输送机采用的是变节距链条，将常规的Φ48的链条的平环和立环节距重新分配，将两个152mm分为160mm和144mm，链条的平环加长8mm變为160mm，立环相应缩短8mm变为144mm。这样做的优点在于与链条平环配合的刮板断面可以增加8mm，刮板的抗弯强度相应提高了37%，在实际使用中取得良好的效果。同时DBT公司刮板输送机的链条为Φ48X160/144，链条节距的平均值依然是152mm，相应链轮的外径尺寸保持不变。

1.立环；2.刮板；3.平环

图7 刮板与立环的配合

4 结束语

两家公司的刮板输送机在结构和技术上都有各自的优势，希望以上的分析和对比，能对国内广大煤矿用户的设备选型和设备生产企业制造刮板输送机有所借鉴，加快核心技术与关键元部件的研发，进一步提高产品可靠性和自动化程度，满足国内煤矿高产高效发展的需要。