刮板输送机链传动系统波动特性的试验研究

岳树鹏

（西山煤电杜儿坪矿，山西 太原 030022）

引言

刮板输送机为综采工作面的关键设备之一，其不仅为采煤机行走提供轨道，而且还是液压支架推溜的作用支点。随着工作面开采深度的不断增加，刮板输送机也朝着长距离、大运量以及高可靠性的方向发展。在实际生产中由于工作载荷波动较大导致刮板输送机链传动系统受到周期变化载荷的影响，最终导致刮板输送机出现刮板链断裂、跳链、掉链等事故。此外，刮板输送机在非正常工况下其链传动系统会受到更大的冲击载荷[1]。鉴于上述背景，本文将针对刮板输送机链传动系统的波动特性进行试验和仿真研究。

1 试验用刮板输送机参数

为真实、全面地反映刮板输送机链传动系统的波动特性，在实验室按照1∶1的规模搭建试验平台模拟综采工作面的生产环境。本试验平台所选择采煤机的型号为MG500/1130-WD，刮板输送机的型号为SGD320/170B以及相应数量的液压支架。本文将对SGD320/170B刮板输送机的波动特性进行具体研究，SGD320/170B刮板输送机的参数如表1所示。

表1 SGD320/170B刮板输送机性能参数

2 刮板输送机加速度波动试验研究

在上述试验平台上，采用采集仪和加速度传感器完成刮板输送机链传动系统的加速度波动的测试试验。根据链传动系统的配置，分别对平环和立环的加速度进行分析，将链传动系统运行方向规定为X方向，将水平面上与X方向垂直的规定为Y方向，与水平相垂直的规定为Z方向[2-4]。经试验可得出如下结论：

1）在整个试验周期内，在X方向和Z方向加速度的波动幅度较大；但在Y方向加速度的波动几乎可忽略不计；

2）链传动系统中平环的加速度波动幅度大于立环的加速度波动幅度；

3）在某种程度上将，Y方向加速度波动是由于X方向和Z方向波动所导致。但是，Y方向加速度的初始值小很多，因此将Y方向加速度的波动情况忽略不计。

从理论上分析可知，加速度在X方向上波动是影响刮板输送机链传动系统平稳运行的关键。因此，对X方向的速度进行深入研究分析。基于对X方向加速度分析的基础上，将所得结果进行积分处理得到实时速度值，在实验周期内X方向的速度变化如图1所示。

如图1所示，刮板输送机在4.5 s开始启动，速度迅速上升并在7.8 s达到1 m/s；在运行期间，在21.1 s时速度出现下幅波动并在0.97 m/s左右波动，在37.3 s时速度再次出现下幅波动并保持在0.92 m/s，在43.1 s时速度出现上浮波动并且保持在1.03 m/s左右，在52.3 s时速度再次出现下幅波动，并且保持在0.99 m/s左右。最后，刮板输送机在90 s时开始制动，并在制动5 s后稳定停机，即速度降至0 m/s。

图1 链传动X方向速度波动情况

总的来讲，刮板输送机在实际运行过程中速度和加速度为对称波动；而且，加速度和速度的波动均在合理范围之内，且波动数据相对集中。在整个试验周期内，刮板输送机未发生故障，说明本次试验获得数据具有较大的参考价值。

3 刮板输送机刮板链张力试验研究

为准确获取刮板输送机实际运行过程中刮板链的张力变化情况，在刮板链上安装应变片，并将通过安装于刮板上的采集模块对应变片的数据进行采集，通过无线传输方式传送至上位机。分别在刮板输送机的松边和紧边选择对称的两个刮板链，每个刮板链上安装两个应变片。试验测定前，需对每个应变片进行标定并得出其对应的刮板链张力和应变的拟合曲线。通过对在300 s内获取的试验数据进行分析，得出如下结论：

1）链传动系统中传动链张力是处于周期性波动变化的，且波动周期为82 s；

2）在一个82 s的波动周期内，刮板链的张力会出现两次明显的突变，而且第一次突变的峰值明显大于第二次突变的峰值；

3）在一个82 s的波动周期内，在前半个周期刮板链张力是处于平稳、缓慢上升的；而在后半个波动周期内，链传动张力处于无规律变化的状态；

4）当刮板链从直线运行段向啮合段过渡时，刮板链张力突变较为明显，而且刮板链突变时的峰值最大。

鉴于刮板输送机在直线运行阶段和啮合段刮板链张力波动情况不同，本节将重点对直线运行段和啮合段刮板链张力波动情况分别进行分析。

3.1 直线运行阶段张力波动情况

在直线运行段，分别对紧边和松边两种情况下刮板链的张力变化情况进行分析，根据采集的试验数据，其对应的张力波动情况如图2所示，在紧边直线运行段，刮板链从机尾运行至机头其对应张力逐渐上升，并最后在机尾位置张力达到最大，且最大值为47.04 kN；在松边直线运行段，刮板链从机头运行至机尾其对应张力为无规则变化，其中，刮板链张力最大值出现在70.5 s时，最大值为31.16 kN；刮板链张力最小值出现在62.5 s时，最小值为16.09 kN。

图2 刮板输送机直线运行段张力波动情况

在直线运行段紧边时刮板链张力的最大值、最小值以及均值均大于在松边时刮板链的张力。

3.2 啮合段张力波动情况

刮板输送机的啮合段分为机头啮合段和机尾啮合段，两个不同位置啮合段刮板链张力波动情况如图3所示。

图3 啮合段刮板链张力变化情况

如图3所示，在机头啮合段刮板输送机刮板链张力值呈现逐渐下降的趋势，其中极大值由59.59 kN降低为30.89 kN；均值由47.86 kN降低为20.21 kN；极小值由42.61 kN降低为11.69 kN。在机尾啮合段刮板输送机刮板链张力值呈现先增大后减小的变化趋势，其中极大值先由44.89 kN增大至54.12 kN后降低至31.07 kN；平均值先由34.57 kN增大至46.76 kN后降低至19.74 kN；极小值先由20.1 kN增大至41.27 kN后降低至9.64 kN。

4 结论

刮板输送机为综采工作面的关键设备，其与采煤机和液压支架相配套为工作面的“三机”。在实际生产过程中，由于刮板输送机承受正常的周期载荷和非正常工况下的冲击载荷，而且工作面条件相对恶劣导致刮板输送机刮板链出现断链、跳链以及掉链等事故[5]。因此，掌握刮板输送机在实际运行过程中加速度和刮板链张力波动变化情况对保证其安全、高效运行具有重要意义。本文对SGD320/170B刮板输送机刮板链传动系统的波动特性进行研究，具体总结如下：

1）刮板输送机在实际运行过程中速度和加速度为对称波动；而且，加速度和速度的波动均在合理范围之内，且波动数据相对集中；

2）刮板链在紧边直线段其张力呈现逐步上升的变化趋势，在松边直线段其张力处于不规则变化趋势；而且，松边直线段的刮板链张力值小于紧边直线段对应的张力值。

3）在机头啮合段刮板输送机刮板链张力值呈现逐渐下降的趋势，机尾啮合段刮板输送机刮板链张力值呈现先增大后减小的变化趋势。