矿用边双链刮板输送机改进与分析

李晓旺，鞠长清，李华强

(1.内蒙古仲泰能源有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 017000；2.内蒙古工业大学，内蒙古 呼和浩特 010051)

0 引言

刮板输送机作为煤炭运输环节的重要组成部分，其性能直接影响着煤矿的生产能力。刮板输送机不仅担负着井下运煤的重要任务，而且还要完成清理采煤机工作台上的浮煤等工作。刮板输送机日常工作中凸显出来的问题包括启动问题、功率问题和断链问题。其中断链问题是选煤厂705G边双链刮板输送机的主要故障，该故障发生时会严重影响选煤厂实际生产活动的顺利开展，所以必须对该问题进行分析处理，以保证刮板输送机的安全、可靠、稳定运行。

1 刮板输送机断链原因

边双链刮板输送机由于采用了边双链的结构，使得其可以适应各种不同的煤质条件，在各厂区的适用范围较广。该设备张力承受能力大，能够自动清扫链道内的积煤，但缺点是磨损大、受力不均匀，刮板极易歪斜、跳链、断链。

根据实际生产作业情况，总结出刮板输送机的4种磨损导致断链的情况：

(1) 链条的连接环开裂导致断链。其原因之一是马蹄环自身强度不足，另外一种就是由于长时间的磨损导致的。

(2) 链轮变形发生断链。其主要原因是链轮与链环长期磨损导致变形，其次由于链条的松紧度不一致导致一侧链轮加速磨损最后造成链条断裂。

(3) 链条断开。这种情况一般是在重载启动和停止时链条瞬间承受过大载荷导致断裂。起初现象是链条变长，持续发生上述情况进而导致链条开焊或者断裂。

(4) 链条自身的磨损。由于在煤炭的运输过程中，中间部的槽底不可避免地会有较多的煤炭集聚，增加了链条的磨损程度，同时链条长时间不间断与中间槽上下层耐磨衬板滑动摩擦，最后导致链条断链。

刮板输送机主要组成有机头、机尾和中间部三个部分，因为中间部是承载部件，故其也是磨损的集中区。刮板机的传动主要由链轮带动链条来完成，因此链轮在整个设备的运行过程中承受着紧边张力和松边张力的共同作用，容易发生变形，本文主要对刮板输送机中间部及机尾部的问题进行分析，包括马蹄环和链轮，如图1、图2所示。

图1 705G连接环断裂 图2 705G链轮失效

2 刮板输送机结构改进

针对以上问题，结合选煤厂使用的技术要求提出了以下的改进方案。

2.1 用锯齿环替代马蹄环

用锯齿环替代马蹄环，在278 m的链条上需用9个锯齿环作为连接扣。锯齿环与标准连接环具有同等的强度，且连接可靠，避免了断链事故的发生。两种连接环对比如图3所示。

图3 连接环对比图

2.2 改进头尾链轮

现有边双链刮板输送机由于其结构限制(链条贴近边帮)，链轮齿结构受到局限，即轮齿宽度(沿轴向)较小，轮齿强度弱，运行中经常出现轮齿变形(向两侧弯)，加速了轮齿的失效。而改进后的链轮链距减小，链条与边帮距离增加，轮齿可增加宽度，较原有轮齿加宽40 mm，大大提高了轮齿的寿命。改进后链轮如图4所示。

图4 尾部链轮三维图 图5 链轮网格划分

3 静力学分析

3.1 链轮的分析

对链轮进行有限元分析，第一步是对其进行网格划分(如图5所示)，对链轮指派材料(45钢)，建立链轮的材料属性，按照链条张紧力和油缸推力计算的(额定负载下机头链轮相遇点张紧力)S1=44 kN、(额定负载下机头链轮分离点张紧力)S4=5 kN、(油缸推力)T=65 kN对链轮施加载荷。因链轮固定在轴上，不可移动，所以施加的约束为固定约束。

对链轮模型进行仿真求解，得到链轮的有限元分析云图，如图6、图7所示。

如图6所示，发现链轮的最大位移发生在轮齿的边缘处，最大位移为0.083 2 mm,远远小于允许变形，在刚度上符合要求。

图6 链轮位移云图

如图7所示，发现最大应力出现在链窝接触链环部分，最大应力为108.36 MPa，而链轮材料的屈服强度为355 MPa，故链轮满足强度要求。

图7 链轮应力云图

3.2 锯齿环的分析

对锯齿环进行有限元分析，分析步骤与链轮的分析步骤一致。由于紧边的锯齿环受力和松边的锯齿环受力是不一样的，因此我们只分析两者之中的较大者，取S1为锯齿环的受力，如图8所示。

图8 锯齿环载荷分布图

对锯齿环模型进行仿真求解，得到锯齿环的有限元分析云图，如图9、图10所示。

如图9所示，发现锯齿环的最大位移发生在锯齿环的边缘处，最大位移为0.007 265 mm,远远小于允许变形，故其刚度符合要求。

图9 锯齿环位移云图

如图10所示，发现最大应力出现在锯齿环与链条接触部分，最大应力为49.21 MPa，远远小于材料的屈服强度，故锯齿环满足强度要求。

图10 锯齿环应力云图

4 小结

本文主要针对矿用边双链705G刮板输送机的断链问题进行了原因分析和结构改进；对改进后的链轮及锯齿环在极限状态进行了有限元分析，结果表明改进后的链轮和锯齿环能够满足强度要求。