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1、11 前言采掘下来的煤或其它有用矿物，只有运出矿井才有使用价值。因此，运输是煤炭生产过程中非常重要的一部分。刮板输送机是煤炭装运的第一个环节，因此，刮板输送机的输送能力在很大程度上决定了采煤工作面的生产能力和效率。然而，井下运输在工作面和巷道中进行，巷道是根据煤层条件，按开采方法的需要，综合各种要求，在煤层或岩石中开凿出的。因此，井下运输条件的特点是：在有限断面的巷道内运行；线路是水平和倾斜交错连接；运输的货载品多种多样；装载点常常变更，有的线路需经常延长或缩短；机械化采煤连续生产、小时生产率高；环境湿度大，有的工作地点有沼气或煤尘。由此可见，作为为采煤工作面和采区巷道运煤的机械刮板输送机在使
2、用中，要承受拉、压、弯曲、冲击、摩擦和腐蚀等多种作用，必须要有足够的强度、刚度、耐磨和耐腐蚀性。由于它的运输方式是物料和刮板链都在槽内滑行，运行阻力和磨损都很大。但是，在采煤工作面运煤，目前还没有更好的机械可代替它。只能从结构上、强度上和制造工艺上不断研究改进，使它更加完善、耐用。由此可见，刮板输送机是煤炭等矿物运输中必不可少的运输机械。然而，我国刮板输送机的技术水平只相当于 80 年代初期的国际水平,落后于国际先进水平 1015 年，与国外相比，我国刮板输送机技术水平低，主要表现在：a. 装机功率小,输送能力低,运输距离短。b. 我国工作面刮板输送机可控驱动装置、自动调链装和工况监测系统等均
3、为空白。c耐久性差,可靠性低，事故率高，寿命短。近几年综采技术的发展速度很快，刮板输送机必然随着综采技术的发展而继续发展,其发展趋势是:a. 向大型化发展。2b. 向高耐久性,高可靠性方向发展。c. 向智能化自动化方向发展。采用可控驱动装置和自动调链装置及工况监测系统等，增设自动紧链和工况监测显示,传输及报警系统,为双高工作面进一步扩大发展创造条件。d. 向标准化、规范化方向发展。输送机另部件普遍标准化,规范化,保证设计、加工质量和水平。e. 向高适应性发展。适应不同综采工艺的工作面刮板输送机将会继续发展。f. 链条将普遍采用强化链,既有利于降低机身高度,增大装煤量,又有足够强度。同时,随着链
4、环强度的提高,单链重型刮板输送机将得到很大发展。g. 长运输距离。为了减少采区阶段煤柱的损失量，加大工作面的长度，刮板输送机的长度应加大。h. 长寿命。由于使用大直径圆环链，增加了刮板链的强度，延长了刮板输送机的寿命。然而，我国生产技术落后，目前设计生产的刮板输送机装机功率小,输送能力低,运输距离短，耐久性差,可靠性低，寿命短，而刮板输送机是综采工作面配套设备的重要组成部分,是煤炭装运的第一个环节,在很大程度上决定了采煤工作面的生产能力和效率，因此，研究制造自己的高产高效输送机迫在眉睫。本文首先综合比较了各种类型输送机的特点，根据实际情况选用了中单链型刮板输送机的设计。而后，对中单链型刮板输送
5、机进行了总体结构设计。对机头传动装置、过渡槽、中部槽、刮板链、刮板、链轮、机尾等主要部件进行了技术分析和结构设计，完成了中单链型刮板输送机的整体设计。此次设计的中单链型刮板输送机左右两侧对称，可以在两侧壁上安装减速器，以适应左、右采煤工作面的需要。另外，可以很容易将机尾改装成机头，而适应各种特殊情况。此次设计的中单链型刮板输送机的特点是结构简单,受力均匀,运行平稳,摩擦阻力小,溜槽利用率高，弯曲性能好,不易出现3堵塞，具有很强的适应性。2 方案选定刮板输送机链条在溜槽内布置方式，常用的有中单链、中双链及边双链。其特点分别是：a. 中单链。刮板在溜槽内起导向作用，一条链条位于刮板中心。其特点是结
6、构简单，弯曲性能好，链条受力均匀，溜槽磨损小。其缺点是过煤空间小，机头尺寸较大，能量消耗较大。b. 边双链。链条和连接环起向导作用，链条位于刮板两端。其特点是过煤空间大，消耗能量小。其缺点是水平弯曲时链条受力不均匀，溜槽磨损较大。c. 中双链。刮板在溜槽内起向导作用，两条链条在刮板中间，其间距不小于槽宽的 20%，其特点是链条受力均匀，溜槽磨损小，水平弯曲性能好，机头尺寸较小，单股链条断时处理方便。缺点是过煤空间小，能量消耗大。综上，中单链刮板输送机的特点是结构简单,事故少,受力均匀,运行平稳,摩擦阻力小,溜槽利用率高和弯曲性能好,在输送机上不易出现堵塞。缺点是预张力较大。中单链可弯曲刮板输送
7、机系列适用于厚度在 0.8 米以上，倾角在 15之间的缓倾斜工作面，也可用于顺槽及煤巷掘进面。本机主要适用于缓倾斜中厚煤层长壁式经济综采或高档普采的回采工作面，在放顶煤回采工作面应用也越来越多，可与采煤机、液压支架等设备配套，以实现回采工作面的落煤、装煤、运煤、支护和工作面的连续作业等。又考虑到所设计的刮板输送机的运输功率比较小和上述各种链型的特点，选用中单链型刮板输送机。目前，刮板输送机的机头、机尾部采用螺栓连接，而连接螺栓强度不足，容易断裂，可靠性不高，为此，本次设计机头、机尾部采用焊接板式，这样可以减少螺栓连接不但可以提高可靠性，而且可以减少孔和螺纹的加工而减少工序，降低成本。4另外，考
8、虑设计的输送机运输量较低，功率比较小，因此，即使重载启动需要的电动机转矩也不会太大，电动机和减速器用弹性联轴器连接就可以满足要求，这样不使用液力耦合器，不但可以减小机头的体积和重量，也省掉了向工作面输送工作液等过程,减少了材料消耗和对环境的污染,没有因密封漏油而失效的问题，从而可以降低成本，提高经济性。刮板链的强度问题一直是困扰国产刮板输送机的大问题。由于磨损、疲劳、自身质量差、锈蚀等原因,使新链条在使用 3 个月后断链事故明显增多。为此，链条将采用圆环链，既有利于降低机身高度,增大装煤量,又有足够强度。国产刮板输送机的联接螺栓可靠性普遍较差,机头、机尾推移部上的联接螺栓经常出现拉断现象,造成
9、推移困难，铲煤板和刮板上的螺栓经常出现松动、脱落,造成零件丢失,影响铲煤和运煤效果，使中部头强度不足。因此，中部槽采用整体铸造和轧制,尽量减少螺栓联接，为了减少空载功率消耗,中部槽采用封底结构取消铲、挡板的联接螺栓,提高工作可靠性。53 刮板输送机的整体设计计算3.1 任务书要求：设计长度：L=40m，运输能力：Q=30t/h，链速：V=0.63m/s。3.2 运输能力按连续运行的计算公式，其运输能力为3.6QF图表 1（3-1）式中运行物料的断面积 F，与中部槽的规格及其承载能力有关。中部槽运行物料断面的上界限呈曲线形，形状与物料的性质、块度情况有关，需经实测确定，通常按等腰三角形计算，其底
10、角 取物料的堆积角，一般取 2030计，按物料性质、块度情况选定。F 按中部槽的尺寸由几何关系求得。由于刮板链占据一定空间，实际面积比 F 小一些，计算时要乘以小于 1 的装满系数 。故运输能力按下式计算3.6QF（3-2）式中 刮板输送机的运输能力，t/h；Q中部槽物料运行时的断面积，；F装满系数；物料的散碎密度，3/kgm图表 2；6刮板链速，v/ms图表 3。由任务书知 =0.63m/s，刮板输送机的运输能力 Q=30t/h；装满系数取 0.9，v物料的散碎密度取 900 。3/kgm由式（3-2）可得 20.01633.6.9.QFm根据所选链型，查刮板输送机中部槽尺寸系列 ，得中部槽
11、尺寸： 。3.3 运行阻力刮板输送机运行阻力按直线段和曲线段分别计算。3.3.1 直线段的运行阻力 zW沿倾斜运行的刮板输送机的重段直线段。运行时除了要克服煤和刮板链的运行阻力，还要克服煤和刮板链的重力。通常将它们一起计为总运行阻力。作为牵引构件的刮板链，在重段直线段运行的总阻力为 11()cos()sinzkqLgqLg图表 4图表 5（3-3）刮板链在空段直线段的运行总阻力为1(cosin)kLgqWm（3-4）式中 重段直线段的总阻力，N；zk空段直线段的总阻力，N；k7中部槽单位长度上的装煤量， ；q /kgm刮板链单位长度的质量， ；1刮板输送机的长度，m；L煤在槽内运行的阻力系数；
12、刮板链在槽内运行的阻力系数；1重力加速度，g2/s图表 6；倾斜角度。“+”“-”号的选取，该段向上运行时取“+” ，向下取“-” 。阻力系数的数值，与煤的性质、刮板链型式、肿部槽型式、安装条件等许多条件有关。准确值需由实验得到，通常计算时，单链 w 取 0.40.6，w1=0.30.4。当机身在中部槽平面有弯曲段时，如图 3-1。在弯曲段，刮板链沿槽帮滑行，相当于牵引链绕固定的圆弧导向体。这种情况下应按式（附-1）式（附-2）另计弯曲段的附加阻力。工作面用可弯曲刮板输送机是在这种情况下运行。弯曲段的中心角 可由几何关系求出。图表 78图 3-1 机身弯曲段及其几何关系如图图 3-1 所示，图
13、 a 为在工作面内弯曲段的相关尺寸；图 b 为刮板链的运行系统；图 c 为弯曲段中线的几何关系。由图 d 得 （3-sin2lR5）（3-2sinl6）由图 c 的 得COD222()RL图表 8（3-7）204aR（3-8）由 得ABE2sin2aL（3-9）（3-22arcsina10）式中 相邻两节中部槽间的最大折曲角；9标准中部槽长，m；lR弯曲段的半径，m；机身推移距离，m；a弯曲段全长，m；L弯曲段中心角。空段和重段两个弯曲段的附加阻力，由式（附-2）得 2(23)2(1)feWs:图表 9（3-11）（3-2(67)6(1)fes:12）式中 空段弯曲段的附加阻力；(23):重段
14、弯曲段的附加阻力；(67)W:、 、 、 图图 3-1b 中各点的张力；2s367s刮板链与槽帮间的摩擦系数，可取为 0.4；f自然对数的底。e由于按理论推导的公式计算麻烦，而且实际情况多变，所以经常按直线段阻力的 10%记为弯曲段的附加阻力 。即fjW()10%fjzk图表 10（3-13）中部槽单位长度的装煤量10301.275/13/.6.QqkgmV取 w=0.5,w1=0.35,查圆环链表得 ，L=40m,根据具体使用情况，1.q取， 由式（3-3） 、 （3-4）计算得10o。7036kzNW估算弯曲段的附加阻力为 ()10%.(3607).7fjzk N图表 11则直线段的运行总
15、阻力 zW3607.3974.N3.3.2 绕经曲线段的阻力链条绕经链轮的阻力，由以下三部分组成：a. 在链条与链轮的相遇点，当它由直线变成弯曲时，因链条的转折所产生的阻力 W图表 12；b. 链轮转轴上的摩擦阻力 ；c. 在链条饶出链轮的分离点，当它由弯变成直时，因链条的转折所产生的阻力 。如图 3-2 示，设链条的张力，在与链轮的相遇点为 ；与链轮的分离点为 。ysls在相遇点由直变弯绕进链轮时，链轴上的摩擦阻力为（3-11yfF14）11式中 相遇点链轴上的摩擦阻力，N1F链条在相遇点的张力，Nys链轴的摩擦系数。1f图表 13图 3-2 链条绕经链轮的阻力 把这个作用于链轴上的摩擦力 ，变位到链轮的节圆周上，即为链条转1F折弯曲的摩擦力给链轮旋转增加的阻力 。按作功相等的条件得W112Dd图表 14（3-15）将 以公式（1-17）代入，整理得1F（3-1yWDdfs16）式中 链条由直变弯的阻力，N；链轴直径，mm；1d12链轮直径，mm；D链条绕进链轮时，相邻两链节转折的角度。同理可得，在分离点链条由弯变直，因链轴上的摩擦给链轮旋转增加的阻力为（3-1WDdfs17）式中： 链条由弯变直的阻力，N；链条在分离点的张力，
