1、刮板输送机中部槽结构设计优化李潇伟（山西新景矿煤业有限责任公司，山西阳泉045000）摘要：通过对某矿 SGZ1000/31000 型刮板输送机中部槽结构特点进行分析，并利用仿真模拟软件对中部槽的静力学特征进行仿真模拟计算，通过计算结果可以看出，在中部槽铲板槽帮位置应力集中现象严重，最大应力值达到 580 MPa。在对这一部分进行结构焊接优化并进行铲板槽帮加厚处理之后，应力集中现象得到有效缓解，中部槽结构运行稳定性得到显著增强。关键词：刮板输送机中部槽网格剖分中图分类号：TD528.3文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）02-0143-02引言刮板输送机作为综采工作面重要煤炭
2、运输设备，其是否安全高效运行关乎着整个工作面的煤炭生产效率。中部槽结构作为刮板输送机承担煤炭物料输送的承载部分，在工作过程中会承受较大的载荷及各方面阻力，加上综采工作面生产过程中复杂的工作环境，中部槽结构很容易出现故障问题。因此分析中部槽的静力学特征，并对刮板输送机进行中部槽结构设计优化，对刮板输送机设备维护及煤矿企业高效生产发展都有着重大意义。1刮板输送机概况某矿综采工作面采用 SGZ1000/31000 型刮板输送机进行煤炭运输工作，该刮板输送机主要包括机尾部、机头部、中间部和过渡部四大部分，由 3 台电机驱动，每台电机 1 000 kW，链条运行速度 01.8 m/s，最大输送能力可达
3、3 700 t/h，能够在 010的坡面保持正常运行，具体参数如表 1 所示。刮板输送机中部槽结构包括底板、中板、轨座、挡板槽帮等，主要通过焊接方式进行连接，中部槽的主要作用是在刮板输送机运行过程中进行煤炭物料的承载工作，因此对其强度及力学特性的要求较高，经长期实践运行得出结论：刮板输送机中部槽在运行过程中相较其他结构更容易出现磨损断裂破坏，因此本文通过对其受力情况进行分析，来作出中部槽的结构设计优化调整。2刮板输送机中部槽仿真模型建立2.1三维模型搭建通过 Pro/E 软件进行三维模型建立，在建模过程中，对中部槽的一些细节优化处理进行了忽略，如一些倒角小孔问题，确保加快模型计算时间。通过AN
4、SYS 软件对 Pro/E 软件中的中部槽模型进行进一步模型材料设置和网格剖分。建模工作对中部槽不同构件零件的选取可根据实际情况进行，槽帮以及轨座方面可选用 ZG30MnSi，中板和底板材料可选用NM360 等，对照实际刮板输送机材料进行选用或采用力学强度相近的材料进行代替，可增加试验的精确性。模型的网格剖分方面是后续仿真试验较为重要的一环，单个网格选用 8 节 4 点式，剖分完成后网格节点数及单元数量分别为 316862 和 195647。在完成上述工作后对模型在静力学状态下的力学特性进行仿真模拟1。2.2结果分析通过对有限元模型进行计算分析，中部槽带动不同部位受力情况如图 1 所示2。由图
5、 1 可以看出，中部槽在不同部位所受到的承载应力是不一样的，而且很多位置的承载应力值为 0，而在槽帮位置处出现了应力集中现象，如图 1-2 所示槽帮位置。这种应力集中现象很容易导致铲板槽帮运行过程中出现断裂现收稿日期：2022-03-04作者简介：李潇伟（1988），男，山西阳泉人，本科，毕业于太原理工大学采矿工程专业，机电工程师，从事机电专业方面的工作。总第 238 期2023 年第 2 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 238No.2，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.02.055输送能力/（t h
6、-1）3 700供电电压/V1 140装机功率/kW31 000链型中双链设计长度/m360牵引链速度/（m s-1）01.8刮板间距/mm912电机功率/kW1 000电机电压/V1 140电机频率/Hz50链轮截齿7链轮外径/mm737中部槽结构焊铸槽外部尺寸/（mmmmmm）1 7501 000355槽中板宽/mm40槽底板宽/mm30表 1SGZ1000/31000 型刮板输送机参数1-1受力云图1-2槽帮应力集中图 1中部槽有限元计算结果示意图3197.9 Max87373860055050045040035030020015050103.7133e-6 Min优化改造机械管理开发第
7、 38 卷象，影响到综采工作面的正常生产，而且由于在刮板输送机实际运行过程中，中部槽还要承担煤炭物料载荷作用，也就更容易在槽帮处出现断裂的现象。结合实际生产过程中刮板输送机中部槽结构在铲板槽帮位置容易发生断裂的现状，与上述仿真模拟实验中结论相同，因此刮板输送机中部槽槽帮处是需进行结构优化设计的关键点，要对中部槽结构受力情况进行优化设计，使中部槽受力更为均匀，降低铲板槽帮处的应力集中现象。在实际生产过程中发现，综采工作面采煤机在推进过程中，其大部分重量会作用在中部槽结构上，同时在采煤机推进过程中的摩擦力除了作用在底板上的一小部分外，其余也通过中部槽进行支撑。因此在长期外界压力作用下，中部槽结构会
8、因承受巨大载荷而产生变形情况，而变形最为剧烈的部位也就是铲板槽帮，因此除了分析中部槽静力学受力特性外，通过中部槽结构所受外力特性进行优化改造也十分关键。3中部槽优化设计3.1铲板槽帮加固设计基于仿真模拟试验结果对中部槽进行结构优化设计，在实际刮板输送机中部槽结构中，铲板槽帮位置处的横竖两板并没有进行连接，因此这两板之间的强度就较低，不能起到相互支撑的作用，很容易在承载煤炭物料过程中出现断裂情况，因此，在进行中部槽优化设计过程中，将横板与竖板连接起来增加铲板槽帮的承载能力。焊接后成为整体的结构构造将增加其承载能力，有助于提升中部槽的受力均匀性，从而减缓中部槽在中部出现的应力集中现象。同时，基于中
9、部槽在实际生产过程中承受采煤机运行重力、摩擦力以及煤炭物料承载力等非静力学特性下的磨损情况，对中部槽的现有结构参数进行调整，其中对中部槽的肋板厚度设计为 27.26 mm，铲煤板厚度设计为 59.23 mm，铲煤板长度设计为 231.52mm，设备总质量约 530 kg，具体参数如表 2 所示。通过对中部槽结构进行加厚处理，增强中部槽结构在复杂生产条件下的稳定性和承载能力。对于仿真模拟试验中出现的应力集中现象，可通过在中部槽应力集中区域布设 2 mm 通孔来对应力进行转移，将原有应力集中区转移至通孔处，降低应力值，保证中部槽结构的稳定性。本文仅通过增加中部槽结构厚度实现，通过将铲板槽帮结构增厚
10、 2 mm 来增大其承载能力，更为直观有效3。3.2改进模拟试验在对中部槽铲板槽帮部位进行改进优化设计后，再次利用 ANSYS软件对优化后的模型进行仿真模拟分析，模型的搭建过程包括模型材料选取、网格剖分等与初次模拟参数设计相同，通过再次对中部槽槽帮处进行静力学分析模拟，结果如图 2 所示。由图 2 中部槽静力学分析结果可以看出，在未施加煤炭物料载荷情况下，中部槽的整体受力情况仍然呈现出非均匀的情况，同时与优化设计前相比，铲板槽帮处的应力值大幅降低，应力集中现象得到了显著缓解。由此可以看出，在实际刮板输送机煤炭输送过程中，由于改进设计后的铲板槽帮处应力值更低，因此该零件的使用时间也会更长，刮板输
11、送机中部槽部件的使用寿命也就更长，有利改善了中部槽结构的维修保养情况。除了对刮板输送机中部槽结构进行静力学优化仿真模拟试验外，同时进行实际工况下刮板输送机运行状态监测，对中部槽各结构进行参数优化设计后的效果进行试验分析。可以看出，将中部槽铲板槽帮结构进行增厚处理，并利用焊接技术将横板及竖板进行焊接处理后，中部槽铲板槽帮处结构的强度得到显著增强，基本不会再出现较大磨损或断裂现象。4结语将优化设计后的刮板输送机应用到实际综采工作面煤炭开采作业当中发现，应用效果较好，中部槽结构的磨损断裂情况得到很大缓解。与优化之前相比，通过将中部槽部位横板与竖板进行焊接并对铲板槽帮进行加厚处理之后，中部槽的使用寿命
12、延长了近 20%，为刮板输送机维修保养节省了成本，也提高了综采工作面的回采效率，为煤矿企业带来了巨大经济效益。参考文献1樊兵.刮板输送机中部槽槽帮断裂失效研究与优化J.机械管理开发，2021，36（8）：95-96；120.2王娜.刮板输送机中部槽结构的静力学分析及其优化改进J.机械管理开发，2021，36（5）：51-52；69.3原鹏程.基于 ABAQUS的 SGZ1000 型刮板机中部槽结构强度分析J.江西煤炭科技，2021（2）：225-226；229.（编辑：李俊慧）肋板厚度/mm铲煤板厚度/mm铲煤板长度/mm承受压力/MPa 总质量/kg27.2659.23231.5260053
13、0表 2中部槽结构参数优化图 2优化设计后中部槽静力学分析结果1461.51 Max8737381101009080706050403020100.074799 Min（下转第 147 页）1442023 年第 2 期参考文献1张少宾，蒋卫良，芮丰.矿用带式输送机输送量测量方法现状及发展趋势J.工矿自动化，2019，45（5）：100-1032崔泽蔚.大功率带式输送机卸煤装置的优化设计J.山西焦煤科技，2016（1）：22-24.3胡艳.带式输送机自移卸载装置优化设计J.装备制造技术，2016（6）：14-16.4王金华.井下带式输送机煤流控制系统现状及发展趋势J.工矿自动化，2015，41（
14、3）：32-345康红普，徐刚，王彪谋，等.我国煤炭开采与岩层控制技术发展40a 及展望J.采矿与岩层控制工程学报，2019（1）：7-396李锐锋.煤矿带式输送机的故障原因与解决方法分析J.能源技术与管理，2017（3）：123-124.7孙继平.煤矿信息化自动化新技术与发展J.煤炭科学技术，2016，44（1）：19-23.（编辑：贾娟）Optimization of New Coal Unloading Device for Belt ConveyorYan Xiaowen（Yu County Emergency Rescue Team,Yangquan Shanxi 045000）Ab
15、stract:Aiming at the deficiencies of large amount of coal used during underground empty lane filling operation,difficult coal turnoverand low efficiency,a new belt conveyor coal unloading device is proposed,which is powered by hydraulic system and unloads coal from thebelt conveyor automatically wit
16、h the cooperation of supporting mechanism and redirecting mechanism,realizing the less personalizedoperation of underground coal unloading.According to the practical application,this new coal unloading device can improve the efficiencyof underground coal loading and unloading by 4.4 times,and realize the continuous coal unloading,which is very important to improve theefficiency and safety of underground filling.Key words:belt conveyor;coal unloading device;support mechanism;redirection mechanism