刮板输送机链条运行所受阻力计算推导

张 波

（大同煤矿集团有限责任公司永定庄煤矿，山西大同 037000）

0 引言

为满足矿山运输的高效、集约要求，各种皮带式和链式运输设备被广泛运用，矿用刮板输送机作为矿山主要的运输设备，具有抗磨性、安全性、高效性、集约性等优点，成为矿山安全高效生产优选运输设备。刮板输送机在矿山作业中，尤其是厚煤层、特厚煤层以及放顶煤作业中被广泛使用，且在运输过程中稳定性、灵活性极高，可随着采煤工作面不断的推进移动位置，极大地增加了安全生产的效率。而在实际工作中常由于链条的断开、卡槽等故障，严重影响了其高效性及安全性[1]。因此在刮板输送机的设计上选择满足要求的合适装机功率，以及链条间的预紧力，以避免在实际工作中可能发生的链条断开、刮板卡槽、机头机尾翻跳等损害设备及影响安全作业的状况显得尤为重要。本文通过对刮板输送机链运行阻力及预紧力计算推导，实现对其的精确计算，以保证刮板输送机在正常作业中可以高效、安全运行，为矿山安全生产提供保障，这对企业提高安全、效益方面意义重大[2]。

1 运行阻力计算方法研究现状

刮板输送机在运转过程中受链条持续不断的拉力作用，其链条会由于拉力作用产生一定量的弹性延长，为保证刮板输送机链条在运行过程中不会因弹性变形发生断链故障，必须计算好张紧力的大小，且刮板输送机链条的张紧力又与运行过程中所受阻力变化有关。因此准确计算刮板输送机在运行过程中所受阻力的大小显得尤为重要。刮板输送机在运行过程中所受阻力主要取决于刮板和链条与中部槽、煤与中部槽的运行阻力系数、输送机结构和铺设情况等[3-5]。

根据目前各学者对刮板输送机运行阻力的计算研究可知，通常情况下将具有一定弹性的刮板输送机链条看作是刚体，使得在计算中会存在一定的误差。其中，在弯曲部位中由于附加阻力的存在，是阻力计算中引起误差的关键因素，误差分析中主要是由于工作面底板起伏变化。在早期，常用平直部分的附加阻力与附加阻力系数之间进行乘积计算，这种计算方式较为粗略，且此种方法难以准确表示出因底板起伏而引起的弯曲程度不同导致的附加阻力的不同，对误差无法进行较为精确地衡量。在实际工作中，由于当采煤机采用前进式进行切割煤壁，其后面的刮板输送机溜槽由于支架的推动下，移动一个步距，随着工作面的持续推进，支架会随着工作面进行移动，势必会使刮板输送机处于弯曲状态，因此输送机在水平面上会形成弯曲铺设[6-9]。

2 运行中阻力计算

通过对研究现状的分析，本文对刮板输送机运行阻力进行了更为精细的推导计算。具体为：由于刮板输送机的设计方式为中间链槽为平直，机头、机尾两端为弯曲状，链条及刮板通过平直部分一直通过弯曲部分循环运转。在实际生产中，由于工作面地板的起伏及生产中巷道成型的不规则，会造成刮板输送机在水平、垂直方向存在一定的弯曲，因此通过推导输送机在处于弯曲状态时刮板及链条的运行阻力可以帮助在设计及安装时有效地进行调整，从而为安全生产提供帮助。

计算推导中，将处于水平、垂直方向的弯曲部位视为圆弧状，并取弧长为d l，其受力分析如图1所示。图中，C为刮板链单位长度上的阻力；μ为摩擦因数；r为圆弧半径；F为链张力；FN为正压力；α为弯曲角；l为弧长。

图1 刮板输送机链条受力图

对图1进行分析，正压力FN与链张力F之间满足如下关系式：

对式（1）进行合并计算得：

假设弯曲角α′后的链及圆弧段起点处所受张力分别为F1、F2，在此下求解微分方程，可得：

由于刮板输送机弯曲部分摩擦力只与压力及摩擦因素有关，与弯曲方向不存在关联，因此可用对应弧段长度为lx上的上弯曲角α代替弯曲角α′：

将式（3）与（4）联立进行求解得：

式中：qk为刮板链条单位长度重量，kN/m；qB为货载单位长度重量，kN/m；C0为上链阻力系数；β为输送机安装角，（°）。

同理，可得到刮板输送机下部拉链的拉力为：

通过受力的分析可知：式（6）减去FO2、式（7）减去Fμ2可分别得到以下公式。

刮板输送机上部链条阻力：

通过对上、下部分拉链阻力的推导计算，可知：μ、l之间以积的形式决定了刮板输送机的阻力大小，因此经分析可得在设计中合理的降低μ、α，根据实际情况合理选择l的大小，可有效降低刮板输送机拉链的运行阻力。

3 不同驱动方式下弯曲输送机刮板链条运行阻力计算

在运输实际中通常将驱动装置安装在机头或者机尾的地方，因此研究这两种安装方式的运行阻力推导计算很有必要，这会对实际运行中阻力确定提高一定的参考。

3.1 机头部位安装驱动装置

上部分刮板拉链的运行阻力为：

下部分刮板拉链的运行阻力为：

3.2 机尾部位安装驱动装置

上部分刮板拉链的运行阻力为：

下部分刮板拉链的运行阻力为：

4 结束语

针对当前对刮板输送机运行阻力的计算可知，目前关于运行阻力的研究还没有形成全面、客观的认识，多是对各部分运行阻力的简单叠加。本文对刮板输送机的中刮板链条上下部分的不同运行阻力进行了一定的推导计算，该计算方法及相关分析对今后设备设计中提供了一定的理论指导，同时对实际安装中两种常见的驱动装置安装形式进行了一定的计算推导，为矿山运输系统能够稳定、安全、高效运行提供了帮助。