高可靠性后部刮板输送机总体配套技术研究

刘 毅，孙 权 ，刘混举

(1.太原理工大学 机械工程学院，山西 太原 030024；2.上榆泉煤矿，山西 河曲 036500)

0 引言

重型刮板输送机是综采设备的核心组成部分，因其适应好、协作性高以及运输功率大等特点而被广泛应用。随着煤矿开采技术的不断发展，如神东等大型煤炭基地400 m工作面的出现，对刮板输送机的要求逐渐提高[1-2]，高性能、高可靠性关键零部件的研发已成为刮板输送机发展的重点。

针对14 m～20 m特厚煤层大采高综放开采放煤量不均衡、冲击大、含矸量不易掌控、易过载、后部空间小、维护困难等技术难点，本文研究了高可靠性综放工作面后部刮板输送机的软启动过载保护技术，并对其关键部件的研发进行了详细介绍。

1 液力偶合器软启动方式分析研究

阀控充液型液力偶合器软启动系统是针对刮板输送机的工作特点而研发的软启动系统，本文对阀控偶合器的关键技术进行了如下改进。

1.1 偶合器型腔的设计改进

放顶煤支架的狭小空间严格限制了工作轮的体积，因为内部液体流动决定了其外部特性，所以偶合器腔型的设计决定了偶合器性能的好坏[3]。

将标准桃形腔进行如下结构优化：将叶轮根部过渡段附近加厚，由直段改为倾斜，其中加厚部分为间隔分布，显著降低了应力集中区域的幅值，并可保证力矩传递能力基本不变，满足偶合器制动工况下的使用要求。

1.2 大流量电磁换向阀组的开发

偶合器调控性能受电磁阀组的通流能力及响应特性的影响，其性能对转速、水温调节影响较大。在实际应用中，阀控偶合器阀组内部小孔的通畅是保证刮板输送机正常运行的前提。为此，研制了一种大流量电磁先导换向阀组，组合控制阀块包括二位二通充液阀、二位三通排液阀(包含膜片和活塞)、流量控制器(8×30 L/min)和2个本安型电磁线圈，分别控制偶合器的进液、介质循环和排液过程等。加工制造的电磁换向阀阀组如图1所示。3个阀在阀控偶合器性能试验期间累计进行了3 000多次的开关动作，在阀控偶合器性能试验期间工作正常、动作灵敏可靠、性能优异，满足使用要求。

1.3 监测和控制系统

为实现偶合器在不同工况下的自动吸排液，需对耦合器的相关参数实施状态监测。

根据偶合器的控制需求，监控系统设计方案是:应用监控中心通过数据通讯集中控制监控分站的方式来实现系统监控，监控系统元件如图2所示。监控中心以数据通讯的方式与监控分站进行数据交换和指挥调度，同时集中显示各个驱动部的监控数据。此外，通过监测电机电流获取驱动电机的启停、状态，根据预设的参数独立控制偶合器的启动、调速、过热保护等。

图1 电磁换向阀阀组 图2 监控系统元件

2 高可靠性刮板输送机关键技术研发

2.1 无键连接与高压拆装技术

阀控充液型液力偶合器扭矩的传递采用无键联接结构[4]，这种无键连接结构是首次设计并应用到生产实际中的，这款产品在设计的过程中并没有可参照的实际经验。根据设计要求共加工三套传动轴与轴套，对这三套传动轴和轴套进行了三坐标测量，并对测量值进行分析计算，计算后进行高压装配、台架试验、高压拆卸、测量分析，之后调整尺寸参数，再试验。最终根据需要传递的扭矩确定了传动轴与套过盈配合的尺寸参数和零件具体的加工工艺方法，为偶合器传递大功率的转矩提供了可靠数据。

2.2 水冷却与过滤系统元器件选型

设计过滤与冷却系统可保持阀组内先导孔通畅无阻，降低故障率，散发偶合器在工况运行时由于滑差而产生的热量[5]。减压过滤与冷却系统示意图如图3所示，它主要包括一个减压过滤系统和一个冷却系统。

图3 减压过滤与冷却系统示意图

2.3 电液控制自动伸缩机尾装置

本项目试制了自动伸缩机尾控制系统，其由4个部分组成，包括固定机尾架、活动机尾架、液压系统和电器控制系统，如图4所示。自动伸缩机尾控制系统通电启动后，系统将根据刮板链的张紧程度自动对其进行调整，保证刮板链的张紧适度。但在自动伸缩机尾控制系统正式投入使用前需要对系统的一些参数重新进行设置。

图4 输送机伸缩机尾

本次设计中采用单液压设计，不会出现由于导向不良而发生卡滞的现象。同时将中板由两层结构改为三层结构，彻底杜绝了中板翘曲，增加了伸缩机尾的使用安全性。

2.4 高可靠性链传动系统

重载高强度链传动系统核心技术的研究开发包括以下内容：

2.4.1 矿用紧凑型高强度圆环链及其接链环的开发

矿用高强度圆环链制造具有很强的专业性，为了提高锻造立环质量，使用了具有自主知识产权的高强度矿用圆环链专用的特殊原材料及特殊的热处理技术，从而使48×152紧凑型高强度圆环链的质量达到国际标准水平，破断强度达到3 550 kN，疲劳试验循环次数不低于10万次。

2.4.2 配套高强度锻造刮板的研制

首次研制了双向对称模锻刮板(如图5所示)，以满足刮板输送机易安装、减少刮卡及双向运行的需要。在设计中重点考虑了降低和消除应力集中部位的最大应力值，以保证刮板的强度以及和链环联接的可靠性等。刮板的固定采用了E型螺栓的结构形式(如图6所示)，以增加刮板的联接强度。

2.4.3 长寿命驱动链轮组件的开发研制

图7为链轮疲劳寿命预测流程，根据其可对链轮疲劳寿命及表面处理方式进行敏感性分析。提高构件疲劳强度的一种方法就是表面处理[6]，不采用表面处理、采用ShotPeened(喷丸)、采用Cold Rolled(冷轧)和采用Nitrided(氮化)表面处理方式的链轮最小疲劳寿命分别为110天、189天、623天、3 331天。由此可见，采用适宜的表面处理方式将显著增加链轮的使用寿命。

图5 双向对称锻造刮板

图6 刮板链的装配(E型螺栓)

图7 链轮疲劳寿命预测流程

3 高可靠性后部刮板输送机的试验与应用

本课题研究的SGZ1000/2000型综采工作面后部放刮板输送机，装机功率和铺设长度均为国内最大，综合技术水平居国内领先。在上榆泉煤矿I031001综放工作面开始工业性试验，联合试运转，通过了整体竣工验收，基本实现了预期的研发目标。在刮板输送机运行过程中,可完成重载启动和连续长时间运转,未发生大的停机事故，由后部刮板输送机原因造成的停机时间累计仅为7 h。工业性试验运行证明：SGZ1000/2000型放顶煤后部输送机的设计是合理的,制造质量是可靠的，该型输送机开发研制是成功的。

4 结论

本文对高可靠性刮板输送机的软启动方式进行分析研究，并对其电液控制自动伸缩机尾、水冷却及过滤系统、链传动等关键技术进行研发。工业性试验运行证明：所研制的后部输送机设计、制造合理,运行可靠，该型输送机开发研制是成功的。

参考文献：

[1] 姜翎燕.工作面刮板输送机技术现状与发展趋势[J].煤炭科学技术,2007,35(8):16.

[2] 魏丕杰.对振兴我国煤炭洗选装备制造业的思考与建议[J].煤炭经济研究,2011(11):26-29.

[3] 张德生.大功率阀控液力偶合器设计理论及关键技术研究[D].北京：中国矿业大学,2011:1-10.

[4] 聂文科,周新建,吴宗泽.无键联接与高压装拆技术的应用[J].煤矿机械, 2010,31(11):197-199.

[5] 刘立宝,赵继云,张德生,等.水介质阀控充液式液力偶合器电液阀常见问题分析及应对措施[J].矿山机械,2010(4):18-21.

[6] 付云飞.多种工况下的刮板输送机链传动系统可靠性研究[D].阜新:辽宁工程技术大学,2014:5-10.