刮板链间距对中部槽冲击特性的影响规律研究

曹世超

（晋能控股煤业集团永定庄煤业公司， 山西 大同 037000）

0 引言

经济、社会的飞速发展使煤炭资源的需求量不断增加，极大地推动了煤炭掘进设备行业的发展[1]。刮板输送机作为煤炭掘进工作的关键设备，经历了较长时间的发展，与采煤机、液压支架组成现代综采系统[2]。随着综采机械系统的广泛应用，刮板输送机逐渐朝大输送量、大驱动功率、高耐磨性方向发展[3]。中部槽作为刮板输送机的重要组成部件，其工况极为复杂，既承受煤炭载荷又承受落煤冲击，冲击磨损较为明显，是刮板输送机常见故障之一[4]。相关研究报道，我国每年会有近60 万节中部槽损坏，产生的经济损失不可估量，且停工停产也会限制煤炭企业产量的进一步提升[5-6]。因此，以某煤炭企业刮板输送机中部槽为研究对象，开展刮板链间距对中部槽冲击特性的影响规律研究，以期为刮板输送机设计与运维提供技术参考。

1 刮板链间距研究现状及意义

目前煤炭行业使用较多的是双链型刮板输送机，本文研究的对象同样是双链型刮板输送机。双链型刮板输送机中链条的布置形式分为多种，按照链条间距的差别可以将其分为中双链、准边双链、边双链等结构形式。不同的链条布置形式在其工作过程中落煤与中部槽接触和堆积状态存在差异，且落煤与中部槽接触质量也存在明显不同。

目前，各专家学者对于刮板输送机刮板链间距对中部槽冲击损伤规律研究工作很少，使得刮板输送机链间距设计方面缺乏有利的参考资料，笔者进行链间距对中部槽冲击损伤影响规律研究工作，获得规律性的结论，对于提高刮板输送机链间距布置的合理性具有重要意义。

2 模型建立及参数设置

2.1 模型建立

研究刮板输送机刮板链不同链间距对中部槽冲击特性的影响规律，就需要建立不同链间距的刮板输送机中部槽模型，此处设置三种不同链间距的模型，分别为中双链、准边双链和边双链，三者的链间距数值分别为140 mm、420 mm 和700 mm。完成三种刮板链间距计算模型建立工作，如图1 所示。

图1 刮板链间距计算模型

2.2 参数设置

完成刮板输送机刮板链间距计算模型建立之后，在EDEM软件中进行仿真计算参数的设置工作，主要仿真计算参数如下：采煤机落煤位置至中部槽表面的高度数值为1 m，落煤种类选择无烟煤，仿真计算过程中设置中部槽侧倾角和前倾角均为0°，仿真计算时间为5 s。

3 仿真计算

依据刮板输送机实际运行工况，重点分析不同刮板链间距对中部槽冲击磨损深度和法向累计接触能量的影响规律。仿真计算采用的软件是EDEM，计算完成提取仿真计算结果数据，运用Origin 软件绘制趋势曲线。

3.1 刮板链间距对中部槽冲击磨损深度的影响

3.1.1 结果统计

统计链间距与中部槽冲击损伤深度仿真计算结果，绘制出二者之间的对应曲线，如图2 所示。由图2可以看出，随着落煤时间的延长，中部槽冲击损伤深度数值呈现出不断上升的趋势。其中边双链结构形式下中部槽冲击磨损深度数值为1.67×10-6mm，准边双链结构形式下中部槽冲击磨损深度数值为1.35×10-6mm，中双链结构形式下中部槽冲击磨损深度数值为1.19×10-6mm。

图2 刮板链间距与中部槽冲击损伤深度之间的对应关系

3.1.2 分析与讨论

不同刮板链间距布置形式下中部槽出现冲击损伤深度不同的主要原因，可能是落煤与中部槽接触面积存在差异，进一步分析可以得出，不同刮板链间距布置形式对应的落煤与中部槽接触面积大小关系，为边双链＞准边双链＞中双链。刮板输送机连续运行过程中，落煤与中部槽接触面积越小，则中部槽承受的落煤重量就会越少，进而使中部槽冲击损伤深度也就越小。仿真开始时的前0.5 s 落煤尚未与中部槽接触，故而存在一段中部槽无冲击损伤的区段，之后的0.5～5 s 时间段内，三种刮板链间距与中部槽中间损伤深度对应关系曲线存在微小波动，主要原因可能是落煤在刮板的作用下不断前移，使落煤对中部槽的冲击载荷不断变化。

3.2 刮板链间距对中部槽法向累计接触能量的影响

3.2.1 结果统计

统计链间距与法向累积接触能量仿真计算结果，绘制出二者之间的对应曲线，如图3 所示，随着落煤时间的延长，中部槽法向累积接触能量数值呈现出不断上升的趋势。其中边双链结构形式下中部槽法向累积接触能量数值为3.64 kJ，准边双链结构形式下中部槽法向累积接触能量数值为2.55 kJ，中双链结构形式下中部槽法向累积接触能量数值为2.01 kJ。

图3 刮板链间距与法向累积接触能量之间的对应关系

3.2.2 分析与讨论

不同链间距形式下的中部槽法向累计接触能量大小关系是边双链>准边双链>中双链，出现此现象的可能原因如下：边双链结构形式下中部槽受到落煤的冲击作用较大，刮板链靠边布置不能起到缓冲作用；而准边双链和中双链结构形式下中部槽受到落煤的冲击作用较小，刮板链靠中布置可以起到一定的缓冲作用。

对比三种刮板链不同结构形式的中部槽法向累计接触能量可知，中双链结构形式下中部槽法向累计接触能量最小，刮板链起到的缓冲作用最好。0～0.5 s时间段中部槽未出现法向累计接触能量的原因是落煤尚未接触中部槽；0.5～1.5 s 时间段中部槽法向累计接触能量呈现出较快的增长趋势，出现如此现象的原因是落煤堆积较少，落煤直接冲击中部槽；1.5～5 s时间段中部槽法向累计接触能量变化趋势趋于平缓，出现该现象的原因是落煤堆积出现“料打料”情况，此时在刮板链的作用下落煤前移导致法向累计接触能量存在较小波动。

4 结语

中部槽作为刮板输送机经常出现故障的关键部件，其工作的可靠性至关重要。以某煤炭企业运行的刮板输送机作为研究对象，借助EDEM 仿真计算软件，开展了不同刮板链间距对中部槽冲击特性的影响规律研究。结果表明，随着落煤时间的延长，不同刮板链间距下的冲击磨损深度和法向累计接触能量均呈现不断增加的趋势，对中部槽冲击磨损深度和法向累计接触能量影响程度大小关系为边双链＞准边双链＞中双链。不同刮板链间距对中部槽冲击深度影响程度不同的根本原因是不同刮板链间距影响落煤与中部槽的接触面积，冲击面积越大，冲击损伤程度越大；不同刮板链间距对法向累计接触能量影响程度不同的根本原因是刮板链布置位置越靠中间，对落煤与中部槽的缓冲作用越明显，法向累计接触能量越小。