SGZ1250/2400 型刮板输送机中部槽强度分析

刘涛

【摘 要】 本文以斜沟矿选用的刮板输送机的中部槽为研究对象，针对现场反馈中部槽凹凸联接端在“拉架”与“推溜”工况中易失效的问题，采用ANSYS软件对SGZ1250/2400型刮板输送机的中部槽进行了强度分析和校核。研究结果表明：SGZ1250/2400型刮板输送机的中部槽在上述两工况下，能够较好地满足现场使用。研究成果为类似条件下刮板机的选择提供借鉴。

【关键词】 刮板输送机;中部槽;拉架;推溜;ANSYS

【中图分类号】 TH227 【文献标识码】 A

【文章编号】 2096-4102（2020）01-0024-04 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

斜沟矿是年产千万吨级的特大型矿井，该煤矿井下工作面环境条件恶劣，刮板输送机的中部槽需要承受来自斜切进刀的各种阻力、采煤机的压力、煤层对采煤机的切割反力及在“推溜”和“拉架”工况下来自液压支架的推溜力和拉架力等。

之前多数学者针对中部槽的失效做了较多理论研究，但对具体矿井的实况来验证所选型号刮板输送机中部槽的强度是否满足使用方面的研究却很少。因此，本文从此处着手研究，目的是为类似条件下刮板机的选择提供借鉴。

1 SGZ1250/2400刮板输送机参数

工作面配套SGZ1250/2400刮板输送机相关参数如下：

装机功率（kW）：2×1200：设计长度（m）：300，输送量（t/h）：3750，链速（m/s）：1.5;电动机型号：HXW78：功率（kW）：1200，额定电压（V）：3300，额定转速（r/min）：1480/735;减速器型号：HB-KPL-75：速比：33，功率（kW）：1200;冷却方式：水冷;

中部槽：1750×1250（内宽）×367mm，整体铸焊封底式溜槽，联接方式为哑铃联接。

为了便于后面的有关计算，列出了与之配套的液压支架的一些有关参数，主要有以下参数：

推溜力（kN）：445，拉架力（kN）：802。

2刮板输送机中部槽受力分析

根据实践经验，中部槽的失效主要发生在凹凸联接耳处，通常发生在刮板输送机拉液压支架和液压支架推刮板输送机这两个过程中。

中部槽的挡板槽帮和铲板槽帮存在凸凹端，由于中部槽结构复杂，两端联接方式不一样，一边是凸端，另一端是凹端，如图1所示。

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中部槽有两个凸端和两个凹端，但在受推和拉液压支架的情况下只有一个凸端和一个凹端受力，如图2所示。中部槽结构的特殊性导致推溜和拉架时挡板槽帮和铲板槽帮的凸凹端的受力情况不一样，以下就这两种情况进行分别讨论。

图2（a）为中部槽拉液压支架时的受力示意图，拉架时，受液压支架油缸的拉架力F拉。假设其两侧中部槽对其作用力是恒定不变的，即当前中部槽的凹凸联接端上的受力是固定的。另外，拉架时，摩擦力恒定。因此，油缸耳轴对推拉耳的拉力F拉也大小不变。以上两种力方向相反，但大小相等。右侧中部槽作用在凹端的力为N2，左侧中部槽作用在凸端的力为N1。受力分析可知，合力矩及合力应为零，可得：

N1+N2=F拉（1）

N1L1=N2L2（2）

图2（b）为液压支架推中部槽时的受力示意图，受液压支架推动时，受到液压支架油缸的推溜力F推。同样以该节中部槽为研究对象，假设其两侧中部槽在推溜工况下对研究对象的作用力是恒定不变的，即当前中部槽的凹凸联接端上的受力也是固定的。另外，推溜时，底板所受摩擦力恒定，因此油缸耳轴对推拉耳的推力F推也大小不变。右侧中部槽作用在凹端的力为N3，左侧中部槽作用在凸端的力為N4。受力分析可知，合力矩及合力应为零，可得：

N3+N4=F推（3）

N4L1=N3L2（4）

根据斜沟矿所选液压支架的参数以及实际工况，得到中部槽拉架力为802kN，支架推溜力445 kN，L1与L2相等，可以计算得到相应的拉架是来自相邻中部槽的反作用力N1=N2=401kN，液压支架推中部槽是来自相邻中部槽的反作用力N3=N4=222.5kN。

3中部槽关键部件强度分析

3.1拉架工况受力分析

为了方便、准确地分析液压支架推刮板输送机和刮板输送机拉液压支架情况下的中部槽受力情况，在建模软件ANSYS中对中部槽进行装配。

添加约束与载荷，在实际工况中，由于液压支架拉中部槽时是单个拉，相邻两边中部槽由于其相联接的液压支架约束而固定不动，所以在分析过程中，给中部槽底板固定约束，中间中部槽联接耳受拉，拉力为802kN，挡板槽帮凹端受相邻中部槽的作用力-401kN，铲板槽帮凸端受相邻中部槽的作用力-401kN，负号代表与联接耳作用力方向相反，如图3所示。

添加等效应力和等效应变为求解目标，进行有限元分析，应力分析结果如图4。

应变分析结果如图5所示。最大应力为412MPa，但该部位处于铲板槽帮与中板焊接部位，由于模型没有添加焊缝，所以在该部位应力较大，但对分析结果没有影响，可以忽略，利用有限元软件中的刺针工具得到有效的等效应力最大值为259MPa，位置处于中部槽凸端联接处，最大应变也处于该部位，最大应变值为0.4mm。该分析结果也与实际生产中中部槽凸端易发生损坏的事实相符。

3.2推溜工况受力分析

添加约束与载荷，在实际工况中，由于液压支架推刮板输送机中部槽时是单个的推送，相邻两边中部槽由于其相联接的液压支架约束而固定不动，所以在分析过程中，给中部槽底板固定约束，中间中部槽联接耳受拉，拉力为445kN，挡板槽帮凹端受相邻中部槽的作用力-222.5kN，铲板槽帮凸端受相邻中部槽的作用力-222.5kN，负号代表与联接耳作用力方向相反，如图6所示。

添加等效應力和等效应变为求解目标，进行有限元分析，分析结果如图7和图8所示。

最大应力为415MPa，但该部位处于铲板槽帮与中板焊接部位，由于模型没有添加焊缝，所以在该部位应力较大，但对分析结果没有影响，可以忽略，利用有限元软件中的刺针工具得到有效的等效应力最大值为85MPa，位置同样位于中部槽凸端联接处，最大应变也处于该部位，最大应变值为0.18 mm。

以上部分主要分析拉架、推溜工况下中部槽的受力情况，并应用ANSYS对中部槽在推溜和拉架情况下的受力情况进行分析，结果显示在所加载荷下，中部槽的应力与应变均满足设计要求，由于液压支架推刮板输送机时的力较刮板输送机拉液压

支架的力小，所以在推溜时有较高的安全系数，实际生产中，中部槽凸端在拉架时也最易发生损坏。中部槽应力与应变情况如表1所示。

4结论

SGZ1250/2400型刮板输送机中部槽挡板槽帮及推拉耳等关键受力件由合金钢铸造而成，其抗拉强度一般为650MPa，屈服强度为430MPa。为保证工件的正常工作状态，由实际生产需求出发，其许用应力[σ]一般取为300MPa。

当刮板输送机拉液压支架（拉架）时：最大应力值，σmax=259MPa<[σ];

液压支架推刮板输送机（推溜）时：最大应力值σmax=85MPa<[σ]。

在两种工况下强度都满足强度要求，最大位移值分别为0.4mm和0.18mm，两种情况下变形值比较小，不影响中部槽与支架的连接。

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