毕业设计（论文）-刮板输送机设计1.doc

学士学位论文 目录目录 第一章第一章 绪论绪论.2 1.1 总体方案的确定2 第二章第二章 刮板输送机的基本概述刮板输送机的基本概述.5 2.1 刮板输送机的整体构造及传动原理5 2.2 国产刮板输送机技术特征9 第三章第三章 刮板输送机的性能计算刮板输送机的性能计算.14 3.1 输送量的计算 14 3.2 刮板输送机输送能力的计算 15 3.3 刮板输送机的阻力计算 16 3.4 刮板输送机功率计算 17 3.5 刮板链张力的计算 18 3.6 链轮的几何尺寸计算 20 3.7 其他一些部件的选取 21 第四章第四章 刮板输送机的动力学分析刮板输送机的动力学分析.24 4.1 刮板输送机的物理模型 24 4.2 刮板输送机的数学模型 25 4.3 刮板输送机的动力学模型 30 小小 结结37 参考文献参考文献39 致致 谢谢40 学士学位论文 2 第一章第一章 绪论绪论 煤炭作为我国主要战略性能源，在一次能源生产和消费构成中一直占 70%以上。 尽管这一现实在一定程度上反映了我国能源结构上的不合理性，考虑环境污染和能 源安全，我国能源政策会作出一定调整，但在可遇见的时期内，煤炭作为支撑我国 经济发展的战略性第一能源的地位不会改变。由此可见，煤炭产业以及煤炭产业经 济的良性发展对于我国的国民经济发展的重要意义。 我国煤矿采掘机械化自 20 世纪 50 年代开始发展。1974 年引进发展综合机械化 采煤和装备。1990 年统配煤矿的综合机械化程度只有 35.31%，综采工作面单产平均 56.2 万 t/a，其中高产的百万吨工作面只有 30 余个。按全国煤炭总产量计算，全国 采煤机械化程度和综合机械化程度大体只有统配的一半，所占比重很低。中国煤 炭开发战略研究表明：今后随着国家经济实力、技术装备、人员素质的提高，机 械化水平必将逐步提高。技术发展的整体趋向是国有重点煤矿跟踪世界发达国家， 地方国有煤矿跟踪国有重点煤矿，乡镇煤矿跟踪地方国有煤矿，形成以现代化技术 为先导的多层次技术结构。 综采技术是长壁采煤系统、支护、采煤、装载、运输及整体推进等作业全部机 械化的生产技术，在近半个世纪的发展历程中，它创造和保持了多项世界记录，是 当今世界最先进的开采技术，近几年在新技术革命影响的牵动下，正发生着变革性 的进步。目前全自动化无人采煤工作面的综采技术，是美、德等国科研工作的重要 内容。综采设备是综采技术的核心部分，工作面刮板输送机是关键的综合设备之一。 为迅速赶上世界综采工作面刮板输送机的现状，探讨其发展趋势，对促进工作面刮 板输送机极其他综采设备的发展，有非常重要的意义。 综采刮板输送机是综采工作面的主要配套设备之一。建设一批高产、高效的现 代化矿区国产重型刮板输送机在我国综合机械化采煤技术中起主导作用，在我国煤 炭开发战略中的地位日益重要，从保证国民经济发展对煤炭的需求以及发展煤炭主 产地区域经济和促进社会稳定等角度出发，对我国煤炭产业经济的发展无疑具有重 要的战略和现实意义。 1.11.1 总体方案的确定总体方案的确定 刮板输送机按卸载方式可分为：端卸式刮板输送机、侧卸式刮板输送机、直弯 式刮板输送机和交叉侧卸式刮板输送机四种。端卸式刮板输送机：刮板输送机呈直 学士学位论文 3 线形，货载从输送机一端卸载，与输送机呈一直线，这种型式的输送机结构比较简 单，当前大部分综采工作面使用这种型式的刮板输送机：它的缺点是空链易带回煤， 增加功率消耗，卸煤有一定的高度，易产生煤尘。侧卸式刮板输送机：刮板输送机 呈直线形，机头部搭在工作面运输巷转载机上，借助圆弧犁形卸煤板将煤从机头架 主卸载斜板呈 90 度卸到转载机上，这是煤的主流，约占输煤量的 70%75%；约有 15%20%的煤从副卸载斜板卸到转载机上，这是副流；最后约有 5%15%的粉煤绕 过链轮通过底部卸入转载机。这种输送机主要优点是：1.侧卸式输送机卸载前由于 弧形板的作用，煤平稳地滑入转载机中，避免了端卸式的堵塞堆积和煤尘的产生， 改善了劳动环境；2.由于弧形板的作用将带有动量的大块煤扭转 90 度，使其与转载 机运行方向相同后再卸入转载机内连续运行，避免了端卸式煤流要停顿后再起动的 能量损失和对轻载机的冲击，从而降低了转载机的功率消耗，提高了传动件的可靠 性和转载机的使用寿命；3.从弧形板下被刮板链带走的煤粉经机头链轮卸到回煤罩 内，由返回刮板链拉到转载机上方，从机头底槽的开口卸到转载机内，因此，减少 了刮板输送机的回煤阻力；4.由于煤流不在端头卸载，不需要卸载高度，因而机头 高度可以降下，且伸到工作面运输巷中，采煤机可以行走到接近机头，便于自开切 口。直弯式刮板输送机：它把工作面刮板输送机与工作面运输巷转载机连成一体， 把工作面的煤直接卸到工作面运输巷带式输送机上，取消了转载机。交叉侧卸式刮 板输送机：交叉侧卸式刮板输送机的机头与转载机的机尾做成一个整体。两个输送 机的上、下链相互交叉穿过，从上向下的顺序是输送机上链，转载机上链，输送机 下链、转载机下链。输送机机头上槽的煤通过弧形板转卸入转载机上槽，输送机下 链带回的煤落入转载机下槽，由转载机下链带到机尾轮后翻到上槽运走，由于输送 机的机头与转载机机尾是一个整体，所以，推移输送机机头时，转载机也必须随之 移动。交叉侧卸式刮板输送机的特点是机头架高度比普通侧卸式低，一般可降低 200300mm。由于机头高度的降低，为采煤机自开切口创造更有利的条件。结合自 己的设计要求和以上各种机型的特点选定为段卸式刮板输送机。 1.1.11.1.1 刮板输送机结构方案的确定刮板输送机结构方案的确定 一台刮板输送机主要包括：机头部及传动装置、机尾部和过度槽、中部槽极其 附件和刮板链等五个部分。 1.机头部及传动装置 机头部是将电动机的动力传递给刮板链的装置，它主要包括机头架、传动装置、 学士学位论文 4 链轮组件、盲轴及电动机等组件。常用的机头部有端卸式和侧卸式，本设计采用端 卸式。机头架是机头部支承安装链轮组件、减速器、过度槽等部件的框架式焊接结 构，它由左侧板、右侧板和中板用较厚的钢板焊接制成，有足够的刚性和强度。为 适应左、右采煤工作面的需要，机头架的两侧对称，可在两侧安装减速器，本设计 采用一侧安装。机头架的结构形式分为端卸式和侧卸式两种类型，本设计采用端卸 式。传动装置由电动机，联轴器和减速器等部分组成。传动装置的布置方式有垂直 式和平行式两种，本设计采用平行式。刮板输送机的电动机有单速和双速两种，本 设计采用单速四级鼠笼矿用防爆电动机。由于采用的是单速电动机，所以减速器输 出轴和电动机的连接时联轴器选用液力偶合器，而减速器输出轴与链轮轴的连接采 用齿轮联轴器连接。对于减速器则采用外购的形式获得，选用刮板输送机专用减速 器 js 系列。 2.机尾部 综采工作面刮板输送机一般功率较大，多采用机头和机尾双机传动方式。部分 端卸式输送机的机头、机尾完全相同，并可以互换安装使用。因为机尾不卸载，不 需要卸载高度，所以一般机尾部都比较低。为了减少刮板链对槽帮的磨损，在机尾 架上槽两侧装有压链块，本设计采用机头和机尾双机传动方式。 3.过渡槽 过渡槽是机头和机尾与中部槽的连接溜槽，分别称为机头过渡槽和机尾过渡槽。 它的特点是与中部槽连接端的高度与中部槽相同，而与机头架和机尾架连接的另一 端较高。 4.中部槽极其附件 中部槽是刮板输送机的机身，由槽帮钢、中板等件组成，上槽是装运煤炭的承 载槽，下槽供刮板链返程用。本设计采用敞底式中部槽，m22 槽帮钢等。 5.刮板链 刮板链的结构分为中单链、边双链、中双链和准边双链，本设计根据需要采用 边双链，其优点是：链条和连接环在槽帮钢的槽内运行，刮板的空间较大，能输送 较大的煤块，这种链子的预紧力较小，运行阻力小，适应性强，因此，得到广泛应 用。 学士学位论文 5 第二章第二章 刮板输送机的基本概述刮板输送机的基本概述 2.12.1 刮板输送机的整体构造及传动原理刮板输送机的整体构造及传动原理 刮板输送机是以刮板链为牵引构件和溜槽为支承机构的连续运输机械，其组成 部分如图 2.1： 图 2.1 刮板输送机外形 1-电动机 2-液力偶合器 3-减速器 4-链轮 5-机头架 6-溜槽 7-刮板 机头部由机头架、传动装置和链轮组件等部件组成机头架的作用除卸载外，还 对传动装置、链轮组件、盲轴和其它附属件等起着支承和装配的作用。转动装置包 括电动机、减速器和液力偶合器，电动机均采用三相异步防爆电动机，减速器已大 量采用大功率行星减速器、当前多数刮板输送机采用液力偶合器作为联轴器。现在 双速电机的应用也越来越广，与之配套的是弹性联轴器。链轮组件多由牵引链轮和 盲轴组成。 2.1.12.1.1 对于无传动装置的机尾部只有机尾架和机尾导向链轮对于无传动装置的机尾部只有机尾架和机尾导向链轮 (1)对于有传动转动装置的机尾架，则包括有机尾架，传动装置和链轮组件，除 机尾架在结构上与机头架有所不同外，其它部分与机头部基本相同且可互换使用。 (2)中间部主要由溜槽和刮板链组成，当前刮板输送机的溜槽包括中部槽、过渡 槽、开口槽。刮板链由刮板、圆环链和联轴环等组成，其结构形式可分为单链、边 学士学位论文 6 双链和中双链几种形式刮板输送机的型式。 刮板输送机的型式 按刮板链型式分 a、中单链型刮板输送机：刮板上的链条位于刮板中心，刮板在中部槽内起导向 作用。这种刮板链的主要优点是： 1 结构简单，便于维护，弯曲性能好，没有双链那种两条链受力不均的缺点， 断链事故少。 2 能采用长链段圆环链，以减少链接头，可靠性高。 3 刮板变形不会引起链子在链轮上跳链。 4 链子不在槽帮的凹槽内，而采用两端形状与槽帮钢凹槽相配的刮板，清刮煤 粉的效果好，减少运行阻力，在同样的输送能力下节省功率。 中单链的缺点是： 1 在底板不平的工作面使用时刮板容易出槽。 2 与双链相比，需用的链轮尺寸大，从而增加了机头和机尾的高度。 3 对煤质较硬、块度较大的煤，输送效果较差。 4 适用的煤层倾角小（与边双链比） 。 b、边双链型刮板输送机 刮板上的链条位于刮板两端，链条和连接环在中部槽内起导向作用。这种刮板 链的主要优点是：预紧力小，功率消耗少，适用的煤层倾角较大，煤层较薄以及运 送大块硬煤的效果较好；缺点是两链受力不均，不能使用较大的圆环链，强度受到 一定的限制。 c、中双链型刮板输送机：刮板上的两股链条中心距不大于中部槽宽度的 20%， 刮板在中部槽内起导向作用。这种刮板链的主要优点是：具有中单链的基本优点， 克服了它的部分缺点，与边双链相比，两条链子受力的不均性要小，适用于重型刮 板输送机，缺点是单位长度重量增加。 d、准边双链型刮板输送机：刮板上的两股链条中心距不小于中部槽宽度的 50%，刮板在中部槽内起导向作用。它具有边双链与中双链的优点，适用于较宽的中 部槽。 按卸载方式分 a、端卸式刮板输送机：刮板输送机呈直线形，货载从输送机一端卸载，与输送 机呈一直线，这种型式的输送机结构比较简单，当前大部分综采工作面使用这种型 学士学位论文 7 式的刮板输送机：它的缺点是空链易带回煤，增加功率消耗，卸煤有一定的高度， 易产生煤尘。 b、侧卸式刮板输送机：刮板输送机呈直线形，机头部搭在工作面运输巷转载机 上，借助圆弧犁形卸煤板将煤从机头架主卸载斜板呈 90 度卸到转载机上，这是煤的 主流，约占输煤量的 70%75%；约有 15%20%的煤从副卸载斜板卸到转载机上，这 是副流；最后约有 5%15%的粉煤绕过链轮通过底部卸入转载机。 这种输送机主要优点是： 1 侧卸式输送机卸载前由于弧形板的作用，煤平稳地滑入转载机中，避免了端 卸式的堵塞堆积和煤尘的产生，改善了劳动环境。 2 由于弧形板的作用将带有动量的大块煤扭转 90 度，使其与转载机运行方向相 同后再卸入转载机内连续运行，避免了端卸式煤流要停顿后再起动的能量损失和对 轻载机的冲击，从而降低了转载机的功率消耗，提高了传动件的可靠性和转载机的 使用寿命。 3 从弧形板下被刮板链带走的煤粉经机头链轮卸到回煤罩内，由返回刮板链拉 到转载机上方，从机头底槽的开口卸到转载机内，因此，减少了刮板输送机的回煤 阻力。 4 由于煤流不在端头卸载，不需要卸载高度，因而机头高度可以降下，且伸到 工作面运输巷中，采煤机可以行走到接近机头，便于自开切口。 c、直弯式刮板输送机：它把工作面刮板输送机与工作面运输巷转载机连成一体， 把工作面的煤直接卸到工作面运输巷带式输送机上，取消了转载机。 d、交叉侧卸式刮板输送机：交叉侧卸式刮板输送机的机头与转载机的机尾做成 一个整体。两个输送机的上、下链相互交叉穿过，从上向下的顺序是输送机上链， 转载机上链，输送机下链、转载机下链。输送机机头上槽的煤通过弧形板转卸入转 载机上槽，输送机下链带回的煤落入转载机下槽，由转载机下链带到机尾轮后翻到 上槽运走。 由于输送机的机头与转载机机尾是一个整体，所以，推移输送机机头时，转载 机也必须随之移动。 交叉侧卸式刮板输送机的特点是机头架高度比普通侧卸式低，一般可降低 200300mm。由于机头高度的降低，为采煤机自开切口创造更有利的条件。 （三）按中部槽结构分 a、开底式刮板输送机：开底式刮板输送机就是中部槽的下槽为敞开式，目前使 学士学位论文 8 用较为普遍。这种中部槽的重量轻、结构简单，下槽发生故障便于处理；缺点是刚 度小，易磨损变形，阻力大，寿命短，不适合松软底板使用。 b、封底式刮板输送机：封底式刮板输送机就是中部槽的下槽为封闭式。这种中 部槽刚度大，刮板链在下槽运行阻力小；由于封底与工作面低板接触面积大，适合 松软底板使用。为了便于下链的检查修理，在每隔数节中部槽安装一节带检窗口的 中部槽，窗口开在溜槽中部，尺寸以能修换链段和连接链环为度，窗口用活动盖板 盖严。 c、分体中部槽刮板输送机：分体中部槽刮板输送机就是把易磨损的上中部槽体 做成活的，用螺栓与下槽体固定，下槽体把铲煤板、挡煤板、封底板焊成一体，提 高了整机的刚性与强度，且具有封底面槽的优点。 d、整体焊接中部槽刮板输送机：整体焊接中部槽刮板输送机就是把溜槽两侧槽 帮分别与铲煤板、挡煤板座焊接在一起，取消溜槽与其附件的连接螺栓，从而减少 了 的维修工作量。 e、框架式中部槽刮板输送机：框架式中部槽刮板输送机就是把普通中部槽置于 一个铲煤板、挡煤板座、封底板焊在一起的框架中，用销子固定，整机具有较强的 刚性与强度，提高了中部槽的可靠性；缺点是中部槽的重量增加幅度较大。 f、铸造式中部槽刮板输送机：铸造式中部槽刮板输送机就是把中部槽槽帮钢与 铲煤板、挡煤板铸造在一起，在焊上中板与底板，从而实现中部槽无螺栓连接，这 种刮板输送机具有框架式中部槽刮板输送机的各种优点，且减少了大量钢材的切割 与焊接，降低了制造成本。 （四）按采煤机牵引方式分 a、有链牵引采煤机用的刮板输送机：在输送机机头和机尾部装有采煤机牵引链 的固定及张紧装置，沿输送机纵向中部槽的挡煤板侧装有采煤机导向管。 b、无链牵引采煤机用的刮板输送机：在输送机靠挡煤侧装有齿条或销轨或链轨， 采煤机的行走齿轮与其啮合而实现牵引。 （五）按电动机类型分 a、单速电动机刮板输送机：配单速电动机驱动的刮板输送机称单速电动机刮板 输送机。其电动机为四级鼠笼型防爆电动机（同步转速为 1500r/min） ，并通过液力 偶合器传动。其主要特点是空载起动平稳，过载保护及多电动机传动负载分配性能 好：缺点是满载起动困难，传动效率较低，长期过载时液力偶合器要喷液。 b、单速电动机刮板输送机：配双速电动机驱动的刮板输送机称为双速刮板输送 学士学位论文 9 机。双速电动机是有两种额定转速的鼠笼式感应电动机，定子上有两套绕组，一组 为用于起动的低速高转矩绕组，另一组为常态运转的高速绕组。专用的控制开关使 电动机用低速绕组起动运转到给定时间断开低速绕组，间隔 150ms 后接通高速绕组 运行，由于双速电动机以低速绕组起动，能给出 3 倍以上额定转矩的起动转矩，因 而能起动满载的刮板输送机。低速运行的功率约为高速时的 1/2，起动电流比直接 用高速起动要低得多，减小了对电网电压降的影响。在从低速向高速换接的断电间 隔中，电动机的转速因负载不同下降 50250%r/min，即使是满载，高速绕组也不 是从静止起动，起动高速绕组的电流也不高。采用双速电动机的刮板输送机，取消 了液力偶合器，不存在液力偶合器的滑差，链速有所提高，但失掉了液力月；偶合 器的特有的保护功能。 （六）按承重类型分 a、轻型刮板输送机：刮板输送机配套单电动机额定功率 75kw 以下为轻型刮板 输送机，使用的中部槽宽为 280、320、420、520、630mm。 b、中型刮板输送机：刮板输送机配套单电动机额定功率 75110kw 为中型刮板 输送机，使用的中部槽宽为 630 mm。 c、重型刮板输送机：刮板输送机配套单电动机额定功率 132200kw 为重型刮 板输送机，使用的中部槽宽为 730、764 和 830 mm。 d、超重型刮板输送机：刮板输送机配套单电动机额定功率大于 200kw 为超重型 刮板输送机，使用的中部槽宽度为 830、960、1100、1200 mm。 （七）按整机适用条件分 a、缓倾斜中厚煤层刮板输送机： b、缓倾斜薄煤层刮板输送机； c、缓倾斜厚煤层大采高刮板输送机； d、缓倾斜三软煤层刮板输送机； e、中厚煤层大倾角刮板输送机；t f、急倾斜厚煤层水平分段放顶煤及“三下”综采刮板输送机。 学士学位论文 10 2.22.2 国产刮板输送机技术特征国产刮板输送机技术特征 缓倾斜中厚煤层综采工作面刮板输送机的结构特点与技术特征 这类刮板输送机的用途最广，品种最多，是工作面刮板输送机的基本型，其结 构特点是： 输送机呈直线形，配用不同型式的机头时可装成端卸、侧卸或交叉侧卸式。 具有强度较高的中部槽与采煤机和液压支架配套。根据中部槽的结构不同，可 分为开底式、封底式、分体式、整体焊接式、框架式和铸造式。根据刮板链的结构 不同，可分为中单链型、边双链型、中双链型、准边双链型。 配有不同型式的铲煤板，可供推溜时清扫浮煤，也可作采煤机支撑滑道。 在挡煤板侧设有导向管作为牵引采煤机滑道，或设有不同型式的齿轨或链轨供 无链牵引采煤机行走。 缓倾斜薄煤层综采工作面刮板输送机的结构特点 矮机身、短机头，适用于煤层厚度 0.81.3、倾角 0 度12 度的缓倾斜工作面。 机头部和机尾部高度为 700 mm，机架长度为 750 mm，便于拆装运输。 闸盘紧链装置置于水平位置采空区侧，适应薄煤层紧链的需要。溜槽为封底开 天窗结构，减少底链摩擦阻力和便于处理掉链事故。铲煤板上设有端面齿条，供无 链牵引爬底板采煤机牵引齿轮啮合行走。刮板链采用准边双链（中边链） ，有利于硬 煤和夹矸的运输。采用高 440 mm 矮挡煤板并设有导向管，供爬底板采煤机行走导向 和调斜。 缓倾斜厚煤层大采高综采工作面刮板输送机的结构特点： 为了配合大采高产量大的需要，输送机向大功率、大输送量的方向发展，目前 国产刮板输送机最大功率为 3400kw，输送量达 1500 t /h。 采用与各种无链牵引采煤机配套的结构。 中部槽采用框架式、分体式整体焊接式或铸造式，增加了中部槽 的刚度、强度 和可靠程度。 为了配合大功率的需要，已开始生产行星齿轮减速器，缩小了减速器的体积， 学士学位论文 11 减轻了减速器的重量。 三软煤层综采工作面刮板输送机的结构特点： 采用封底式中部槽与插腿式液压支架配套，增加与底板的接触面积，以适应与 软底板想适应的结构特点。 中厚煤层大倾角综采工作面刮板输送机的结构特点： 一定间隔距离内用油缸锚链将溜槽与支架锚固起来，防止输送机下滑。 采用封底溜槽，减少回空链的运行阻力和下槽掉链事故。 在减速器二轴轴端装有碟簧摩擦片制动装置，当链速超过额定速度 10%时， 通过传感器元件切断电源，使制动器发生作用，防止刮板链下滑引起超速事故。 肿部槽采用 m27 高强度螺栓连接，螺栓强度为 390kn。 铲煤板与铲煤板、挡煤板与挡煤板之间采用圆环链连接，强度可达16547 1470kn。 挡煤板可分成 3 个部件组装，便于拆卸运输。 放顶煤综采用刮板输送机的结构特点： 高位放顶煤液压支架只有 1 台刮板输送机，其结构与缓倾斜中厚煤层刮板输送 机相同。 低位、中位放顶煤液压支架 2 台刮板输送机，即工作面刮板输送机和放顶煤刮 板输送机。工作面刮板输送机的结构和其他综采工作面刮板输送机相同；放顶煤刮 板输送机在采空区侧装有铲煤板，在煤壁侧装有一层钢板制作的简单形状的挡煤板。 低位放顶煤刮板输送机在支架后部底板上拉移，中位放顶煤刮板输送机在支架后部 架内拉移。 直弯式刮板输送机的结构特点： 直弯式刮板输送机就是中部槽呈 90 度拐弯的刮板输送机，它把刮板输送机与转 载机连成一个整体，机头直接骑跨在带式输送机的机尾上，将采煤机割落的煤直接 输送到带式输送机上，取消了输送机与转载机之间的卸煤环节，简化了工作面与工 作面运输巷的空间，降低了工作面端头卸煤的粉尘，改善了工作面的环境，并对工 作面出口的顶板管理，提供了较好的条件。而且，采煤机可以切割整个工作面运输 巷与回风巷巷道断面，有效得提高采煤工作面端头开采效率。 直弯式刮板输送机在拐弯部分设有回转盘，它由上下两组能自由旋转的滑轮组 组成，上滑轮随输送机上链运动方向旋转，从而降低了刮板在拐弯部分的摩擦损失。 学士学位论文 12 刮板输送机的优缺点： 刮板输送机的优点: 刮板输送机之所以能在国民经济生产中得到广泛的应用，是因为它存在着与其 它设备无法相比的优点。 应性好。对环境的要求不高。在煤矿井下及其它工作条件恶劣，运输负荷变化 较 大的场所把物料运输到条件好的场所。 协作性好。为适应综合采煤机械化的需要，在机身上设有供采煤机牵引和导向 的 装置、与支架的连接装置和挡煤板、电缆槽及铲煤板等，目前刮板输送机发展到了 随着工作面的推进不需拆卸的整体推移，向着大功率、高强度和短而低的机头几机 尾方向发展。 可弯曲性好。为适应工作地点和作业条件的要求，能在一定的范围内做水平及 垂 直方向的弯曲。 4) 机身的强度和刚度高，能经得住碰撞和冲击。 5) 耐磨性好。采用新研制的碳化硼药皮耐磨堆焊焊条，在矿用刮板输送机的中 部槽中板表面堆焊一层耐磨合金层，是中板的强度得到加强，中部槽的使用寿命大 幅度提高，使用寿命提高 3 倍以上，同时并不增加输送机的拖动阻力以及刮板与链 条的磨损。 6) 功率大。随着重型刮板输送机的发展、装机功率越来越大，大的刮板输送机 总功率达 2700=1400kw。 刮板输送机的缺点: 1)空载阻力大。刮板链质量大，刮板与中板摩擦向前推进，物料也通过刮板的 阻挡和中板摩擦向前推进，使得电机的 30%多的功率浪费在空载运行上。因此如何 降低空载功率，提高运煤有效功率是刮板输送机的又一大课题。 2)启动难。这个问题是刮板输送机一直不好解决的问题。刮板输送机在输送物 料的过程中需要较高的启动力矩，启动过载系数通常为 2.5 一 3.0，因此满载启动 难的问题不能很好地解决。刮板输送机的主要特点是频繁启动和过载启动，且负载 在空载、满载、超载甚至严重超载之间不断变化且持续时间无规律，这样在静态设 计中，链子的安全系数确定很高，电机的功率选取也大，使得资源在不得己的情况 学士学位论文 13 下造成浪费。 3)动负荷大。刮板输送机具有较大的动负荷，动负荷产生的原因有自身结构和 工作环境的原故。 刮板输送机圆环链传动的研究与应用特点 刮板输送机上的标准圆环链自五十年代初期开始采用以来，未见有很大的修改， 虽然对链环的热处理工艺不断有小的改进，但对圆环链作为整个系统的一部分研究， 尤其是对圆环链传动中的动载问题的研究，以及由冲击动载引起的一系列问题尚需 做很多的工作。刮板输送机是采煤工作面最主要的运输设备，工作面运输是采煤生 产中的一个重要环节，工作面输送机能否正常运转直接影响工作面的生产能力。因 此，改善工作面运输条件，对提高产量、加速煤炭工业的发展具有极为重要的意义。 虽然国外各先进刮板输送机厂为了竞争市场，不断地开发新技术，研制新机型，他 们虽在重大技术上尚无突破，但在结构、电控、检测、以及可靠性方面有了大幅度 的进展。但在国内外，把刮板输送机的传动系统作为一个整体去研究它的特性还是 很肤浅的，对刮板输送机的整体作为一个系统研究它的动特性就更少了。鉴于目前 国内外的发展状况，随着煤炭工业对运输设备的可靠性和工作性能上的要求不断提 高，对圆环链传动中存在的一些问题应尽快加以改进，以便使圆环链传动更能发挥 自身的优点。圆环链传动是一种具有中间挠性件的啮合传动，它即有齿轮传动的特 点，也有带传动的特点，但与其比较还有它自身的特点。它的显着特点是:a、圆环 链传动的制造与安装精度要求低，b、链条对轴的作用力较小。c、圆环链传动能有 缓冲与吸振性能。d、它的传动比准确。e、对环境适应能力强。因此它是刮板输送 机的关键配件之一，它起到连接各部件成为完整系统的同时，还承受很大的交变载 荷。随着煤炭工业机械化的发展，大功率高效采煤机和长距离、大功率输送机迅速 增加，对大规格的矿用高强度。圆环链需求量逐年增加。因此，研究圆环链传动对 生产实践具有重要的意义。 大型刮板输送机带来的问题 随着开采技术的发展，工作面产量的不断增加，要求刮板输送机运输能力、铺 设长度不断增加。这样虽大幅度地提高了生产力，但同时它也带来了一些问题。刮 板输送机在生产中时常发生断链和烧毁电机的事故。目前国内刮板输送机采用限矩 型水介质液力偶合器近似地作为一种软起动装置在广泛地使用:但由于偶合器自身的 缺陷，双速电机在刮板输送机上被迅速推广使用。多机驱动系统双速电动机之间存 在严重的负载不均衡是电动机出现故障的主要因素。安全保护和减小电动机本身尺 学士学位论文 14 寸又成为一个问题。在起动、制动过程中，由于刮板与中板、煤与中板、煤与煤之 间存在摩擦。各部分加速度的大小以及速度的大小对刮板链应力波传播的影响，会 导致许多问题。从经济方面考虑，刮板输送机系统投资大，进行经济合理的设计， 对节省工程投资、降低运营费用极为重要。合理的布置刮板阳间距，不仅能提高输 送能力、降低刮板的数量、减少设备投资、减轻对刮板输送机的运行阻力，同时还 能削弱输送机的共振问题。 学士学位论文 15 第三章第三章 刮板输送机的性能计算刮板输送机的性能计算 3.13.1 输送量的计算输送量的计算 3.73.7 其他一些部件的选取其他一些部件的选取 3.7.13.7.1 刮板的选取刮板的选取 根据边双链选取，因链子的规格为 2286，链条公称中心距为 600形式为,mm 形，其图形及主要尺寸如下： 学士学位论文 16 图 3.3 边双链刮板 表 3-3 型刮板主要尺寸表（mt/t721998） mm 横向间隙 e 中部厚 g倒角位置 j 链条 公称 尺寸 和节 距 链 条 公 称 中 心 距 刮板 全长 b 孔中心 距 c 孔直 径 d 型 min v 型 min 刮 板 高 f 型v 型 型 max v 型 min 纵向间 隙 h 22 86 600508 512 449.5 450.5 25 25.5 46908123.5 24 23 23.5 15182626 .5 3.7.23.7.2 电动机的选取电动机的选取 根据计算出来的平均功率的大小，可以选取两台 110的刮板输送机用电动kw 机 ysb110 3.7.33.7.3 液力偶合器的选取液力偶合器的选取 根据所选电动机功率的大小 110，并且根据说明书的要求可直接选取液力kw 偶合器，其代号为 yoxd500，其具体的尺寸有关数据可从综采技术手册中查得。 学士学位论文 17 3.7.43.7.4 减速器的选定减速器的选定 由于已有很多厂家生产该种减速器，所以采用外购形式取得该减速器，并根据 电动机功率的大小和传动比值，选取刮板输送机用减速器，其型号为 6js110 学士学位论文 18 第四章第四章 刮板输送机的动力学分析刮板输送机的动力学分析 4.14.1 刮板输送机的物理模型刮板输送机的物理模型 为了能把输送机的模型从众多复杂影响因素中抽象出来，在建模的过程中需要进行一些假 设。本论文采用如下假设： a：链条沿输送方向上的力学性能相同，即链条被当成均质材料，不考虑接头 处的特性变化 b：链条与链轮、溜槽的静摩擦系数在输送机运行过程中分别保持为常数 4.1.14.1.1 驱动系统的物理模型驱动系统的物理模型 驱动系统的组成如图 4.1 所示 驱动系统包括电机、联轴装置、减速器、驱动链轮以及相关的控制系统。驱动 系统的工作性能主要由电机与联轴装置来决定，因此目前一些改善驱动性能的设计 都集中在这两方面。 联轴装置用于电机输出轴与减速器输入轴之间的连接（在有些驱动装置中联轴 器与减速器为一体结构）。其作用是对电机的输出特性作进一步调整改善，使从联 轴装置输出的动力特性更有利于提高驱动链轮的工作性能。目前刮板输送机使用较 多的联轴装置有液力偶合器（限矩型或调速型）、弹性联轴节和滑差离合器等液力 动力传递机构。同驱动电机一样，联轴装置也可以通过一些控制系统调整其特性参 数来满足不同的需要。 图 4.1 驱动电机 监控系统 联轴装置 减速器 监控系统2 链轮与链条 学士学位论文 19 驱动系统结构图 刮板输送机中的减速器一般都是齿轮减速器，其动力特性对链条的特性影响不 大，因为齿轮啮合过程中的振动频率远比链条高，且驱动链轮与机头架或机尾架的 大惯性质量可以很好地平衡齿轮振动带来的动力波动。 4.1.24.1.2 轮的物理模型轮的物理模型 链轮系统包括牵引链轮、导向链轮、育轴以及机头架、机尾架等链轮承载机构。 链轮系统对输送机动态性能有影响的特性主要有:链轮的齿数、节园直径、惯性矩、 摩擦阻力(包括静阻力与动阻力)、机头架和机尾架的平动质量等。 4.1.34.1.3 链条系统的物理模型链条系统的物理模型 链条系统包括链条、所运物料以及装料与卸料的方式，链条本身的物理特性 (如弹性系数与粘性系数)、物料的物理特性(如比重、堆积角、分布系数等)、装料 与卸料的位置与装卸料方式对链条造成的冲击等，均对输送机的动态特性产生影响， 这些因素都将在数学模型中予以考虑。 其它的输送机部件对其动态特性影响较小，可以忽略不计或在实地测量基础上 以经验系数的形式给出。 4.24.2 刮板输送机的数学模型刮板输送机的数学模型 在输送机的物理模型与基本假设的基础上，对物理模型中影响输送机动态特性 的各种因素进行分析并用数学语言进行描述，即可得到输送机的数学模型。 4.2.14.2.1 驱动系统的数学模型驱动系统的数学模型 驱动系统的数学模型根据物理模型中所描述的相应部分建立，即电机、联轴装 置与驱动滚筒。 (l)电动机的数学模型 目前煤矿输送机上主要使用三相异步电动机。在没有实验曲线的情况下，根据 厂家提供的参数，可用下式近似的计算电动机的机械特性， 学士学位论文 20 q s s s s q mm max max max 2 式中电动机最大力矩，； max m egxm km max 电动机最大滑差， max s)1( 2 max gzgze kkss 电动机过载系数 gz k e gz m m k max 电动机额定力矩 e m e e e n p m9550 电动机额定滑差，； e s n nn s e e 电动机滑差，；s n nn s d 电动机的额定转速、同步转速、任意转速和额定输出功率； ede pnnn, (2)联轴装置的数学模型 联轴装置的主要作用是把力矩从电机输出轴传递到减速器输入轴，并且可以在 传递力矩的过程中改变力矩的变化特性，这里我们只对目前应用比较广泛的弹性联 轴器和液力偶合器进行分析。 液力偶合器广泛地应用于刮板输送机的驱动系统中，其优点及力矩方程的理论 推导在有关书籍中有详细的介绍，此处不再赘述。下面仅给出工程上适用的力矩方 程: 22552 )1 (snddnm b b t n n i if )( 式中 ；液力偶合器泵轮或涡轮传递的扭矩，单位； rb mmmmn 力矩系数，=， 是传动比；)(ifi 液体密度，单位； 3 mkg 液力偶合器的有效直径，单位； d m 学士学位论文 21 泵轮、涡轮的转速； tb nn , 电动机的同步转速和滑差； sn , 在已知液力偶合器的原始特性方程后，可得出具有液力偶合器的驱动力方程式: r dni f r ri n n nn dn r f r n nnnmssnnn nnnss r m tf ffcm ftfm b c b t db bc d dmd dmm c c x x x xx x 52 1 0 1 52 0 0 222 max 11 11 1 0 1 30 )(2)()( )()1 (2 )( 0 0)( 式中：电动机转子及与其相联的液力偶合器的变位质量，变位到转子轴的 m 圆周上，单位 kg; 减速器及与其相联的液力偶合器、驱动链轮的变位质量，单位 kg; 1 m 一电动机转子半径和驱动链轮等效节圆半径，单位 m;rr , 0 一电动机转子轴圆周和驱动链轮的线位移，单位 m; 10,x x 一减速器的速比及传动系统的效率; , i 一分别为作用到电动机转子轴上和驱动链轮等效节圆半径上的圆周 10,cc ff 力，单位 n; 一驱动链轮两侧边刮板链的拉力，单位 n; 21,f f 更准确的办法是用液力偶合器的原始特性曲线与电动机的机械特性曲线联合求 出输出特性，最好是用数字化仪对两种原曲线描点，用曲线拟合理论分别建立 m 一 f(n。 ，n，)和输出特性的计算式，关于这一点几乎在所有有关液力偶合器的书籍中 学士学位论文 22 都做介绍。 （3） 链轮系统的数学模型 刮板输送机的牵引链由链轮驱动。链轮旋转时，轮齿依次与链环啮合，牵引着 链条连续运动，将链轮旋转的转矩变成直线牵引力。链条是由许多一定长度的刚性 链节组成，绕经链轮时呈多边形围绕。链轮是通过电机、减速器来驱动的，链轮做 匀速转动，因此牵引链条的运动是变速直线运动，并以链轮旋转一个链节所对应的 中心角为周期。 如图所示，随着链轮的旋转，相对转角是变化的，因此牵引链的速度也是变化 的。牵引链速度 v 可用下式轰示 （41）cosrv 设链轮转动一个轮齿所对应的中心角为，所需时间为 2，称为一个啮合周期。 一个啮合周期中，角的变化范围是从到。以开始啮合瞬间为时间起 2 0 a 2 0 a 点，当为常数时，齿 1 开始与牵引链啮合后运动 t 秒的角位移为： （42）)(t 此时链子的运行速度为: （43）)cos(trv 当时，0t min 00 ) 2 cos(, 2 v a rv a 当时，=0，t max vrv 当时，2t min 00 ) 2 cos(, 2 v a rv a 刮板链速度变化规律如图所示。 刮板链运行的加速度可通过对速度求导数获得: 学士学位论文 23 （44）)(sin 2 tr dt dv a 将关系式 （45） 60 2 n （46） zi v n p 60 式中 一牵引链运行平均速度，m/s p v z 一主动链轮齿数; l 一链环节距，m; n 一链轮转速，r/min; 代入（42）式，得： （47）)(sin 4 22 22 t lz v ra 当 t 由 0 变化到时，角由一 a。/2 变化到+a。/2，加速度的变化由到2 min a ： max a （48） 2 sin 4 0 22 22 min a lz v ra （49） 2 sin 4 0 22 22 max a lz v ra 由式（48）和式（49）可以看出，链子在运行过程中的加速度发生方向的 突变。加速度的变化规律如图 b 所示。 由于牵引链在运行过程中加速度发生周期性变化，所以牵引链在运行过程中除 承受静张力外，还承受周期性动张力。 （4）刮板链的数学模型 本文将链条作为一维粘弹性对象处理。描述粘弹性物质的力学模型一般是由弹 性元件(弹簧)和粘性元件(阻尼器)组成的，主要有 maxwell 模型、vogit 模型以及 由这两种模型组合得到的复合模型。在链条物理模的基础上，此处选用 vogit 模型， 如图 4 一 2 所示。 研究刮板链粘弹性模型的最终目的是找出模型的本构方程式，即刮板链条内的 学士学位论文 24 应力与应变的函数关系，以便利用数学方法将刮板链离散成单元进行数值仿真计算， 模拟刮板输送机在运行中的动态响应。 vogit 模型的本构方程为： （410）)( dt d e 式中一刮板链的应力; 一刮板链的应变; e 一刮板链的弹性模量; 一刮板链的流变常数。 图 4.2 链条的 vogit 模型 刮板链在运行时具有粘弹性动力特性，在目前的测试条件下，vogit 模型是一 种简单而且能满足工程设计要求的模型，如图 4 一 2 所示。图中 k、c 是刮板链的刚 度系数和粘性系数。链条、刮板和货载与溜槽之间的摩擦以及货载内部的摩擦，对 刮板链各点的运动状态都有影响。因此，建立刮板链的数学模型时必须考虑这一点。 由于刮板链在溜槽中滑行，故工作阻力很大。 4.34.3 刮板输送机的动力学模型刮板输送机的动力学模型 在刮板输送机物理模型的基础上，构造出刮板输送机系统的动力学模型，不仅 要考虑刮板链过链轮时链子的动态特性，刮板链自身的特性，刮板链与中板、煤之 间的关系，还要考虑驱动系统的结构形式、紧链方式、起制动方式等，因而要得到 一个符合实际的系统模型，首先应正确建立各个部分的子模型。 4.3.14.3.1 驱动系统动力学模型驱动系统动力学模型 图 4.3 为具有弹性联轴节的驱动装置模型。图 4.4 为具有液力偶合器的驱动 系统的动力模型。图中:m。为电动机转子和左半联轴节的转动惯量，ml 为右半联轴 节、减速器和链轮的转动惯量;x。为电机转子角位移;xl 为驱动链轮周边线位移; ko、c。为联轴节当量扭转刚度和当量扭转阻尼;f(t)为电机转子输出的扭矩函数;fc 学士学位论文 25 为液力偶合器传递的扭矩。 图 4.3 弹性连轴节的驱动系统动力学模型 对应模型图 4.3 的动力方程为: （411） 0) 10 ( 1 ) 01 ( 0 0)() 10 () 10 ( 0 12011 000 ffkccm tfkcm xxxxxx xxxxx 图 4.4 具有液力偶合器的驱动系统的动力学模型 对应模型图 4.4 的动力方程为: (412) ), 0 ( 0 0)( 0 1 12 11 1 0 x x xx x ff fffcm tffm c c c 4.3.24.3.2 链轮的动力学模型链轮的动力学模型 链轮是输送机传动的重要部件。刮板链是靠它传动的。链轮滚筒要承受整个机 器的最大扭矩，同时在工作中还要承受脉动载荷和附加载荷。 链轮的动力模型如图 4.5 所示: 对于改向链轮 f(t)=0;驱动链轮 f(t)=f(驱动力)，图中的 m 是驱动系统的变位 质量。包括电机的转子、减速器的传动部分和链轮的变位质量。链轮轴承及链子绕 学士学位论文 26 过链轮时的产生的摩擦阻力，轴承处阻力相对于系统来说比较小，可以忽略。所以 链轮所受阻力近似为链条过链轮时的缠绕阻力，该模型的动力方程为： 0 w （413）0)( 2 wtffmx 图 4.5 链轮的动力模型 其中：0.07） （） ，n05 . 0 (w k ss 1 一刮板输送机初张力 1 s =20003000（n） （单链）或 =40006000（n） （双链） 1 s 1 s 刮板链的动力学模型 k w 刮板链是刮板输送机的主要工作机构，在工作过程中要承受较大的静载荷和动 载荷，而且在工作过程中与溜槽产生摩擦，此外刮板与中板、煤与中板、煤与刮板、 煤与煤之间也产生摩擦，摩擦力对刮板链子各点的运动状态影响很大，因此构造刮 板链子离散动力模型，必须考虑摩擦的影响。 图 46 刮板链的动力学模型 长度为 l 的刮板链段的离散动力学模型其动力学方程为： （414）0 12 wffkxcm xx 平直输送机： 上链在长段上的运行阻力：x （415）xgqqfqqfw x sin)sgn()(cos)( 0102 学士学位论文 27 下链在长 x 段上的运行阻力: （416）xgfqw x )sin)sgn(cos( 10 式中:q 一货载单位重量，mg/m q。一刮板链单位重量，mg/m l 一输送机铺设长度，m 输送机安装角，+ 20 20 刮板链在溜槽中移动阻力系数，见下表 1 f 货载在溜槽中移动阻力系数，见下表 2 f g重力加速度，g9.81m/ 2 s 当可弯曲刮板输送机工作时，水平面上有弯曲。随采煤机前进切割煤壁，其后 面的刮板输送机溜槽在支架推力作用下推向煤壁一个步距 a 米，输送机在水平面上 形成弯曲铺设，产生刮板链与槽邦的附加摩擦阻力。装煤点在采煤机处，可近似在 弯曲处，距机头 l，米，弯曲段对刮板输送机长度 l 影响不计。 水平弯曲刮板输送机: 图 4.7 可弯曲刮板输送机工作示意图 上链在长 x 段上的运行阻力: ) 1()sin)sgn(cos()sin)sgn(cos( 2110 fa zh esfqlfxqw xx + （417）geflxq fa x )1)(sin)sgn(cos)( 110 下链在长 x 段上的运行阻力: （418） geselxfqw fafa kx )1()1()(sin)sgn(cos( 2110 式中：刮板链条在“2”点静态张力 2 s 学士学位论文 28 刮板链条在“4”点静态张力 4 s 一刮板链在槽邦上移动阻力系数 f a 一输送机在水平面上弯曲段的弯曲角度，rad 刮板输送机在水平面上弯曲段的弯曲角度（弧度）是由每节溜槽长度 ，相l 邻槽间转角，推移步距确定的。 aa 弯曲段曲率半径 （419） 2 sin2 1 a r 弯曲段长度 （420） 2 4aarlkp 弯曲段扇形中心角 （421） 22 1 0 sin2 kp la a a （422） 0 2aa 其它参