第35 卷第11 期2014 年11 月
煤矿机械
Coal Mine Machinery
Vol.35 No.11
Nov. 2014
doi:10.13436/j.mkjx.201411036
刮板输送机机头过渡段技术参数的研究
曲乃锐
（中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，太原030006）
摘要：针对刮板输送机过渡槽普遍存在使用寿命短这一问题，根据过渡槽的实际使用工况，结合科研实践，对国内生产的刮板输送机几种主要机型的过渡槽的结构及主要失效状况进行了分析，出其寿命短的主要原因及薄弱环节，对过渡槽的主要结构参数的合理性进行探讨，初步提出过渡槽设计的基
本依据，以提高过渡槽的使用寿命。
关键词：刮板输送机；过渡槽；刮板链；使用寿命
中图分类号：TD528文献标志码：A文章编号：1003 － 0794（2014）11－ 0086－03 Research on Head Transition Section Parameters of Scraper Conveyor
QU Nai-rui
(Taiyuan Institute，China Coal Technology and Engineering Group Group Co. Ltd., Taiyuan 030006 ，China) Abstract: According to the head transition section of scraper conveyor actually using conditions,
working life is always short. Combined with scientific research, this paper analyzes several structures of head transition section being part of scraper conveyor made in China and finds the main reasons for its short life and weaknesses. Discussing the rationality about the the main structure parameters of head transition section, this paper initially proposes the fundamental basis for the head transition section in order to improve the service life of head transition section.
Key words: scraper conveyor；head transition section；scraper chain；service life
1 问题的提出
提高井下综采工作面刮板输送机的可靠性是我国发展综采设备亟待解决的一大问题。影响刮板输送机使用寿命的因素很多，而过渡槽使用寿命短是影响刮板输送机可靠性的主要因素之一。
井下工作面刮板输送机的过渡槽是刮板输送机主要元部件之一，其用途是将中部槽和机头架连成一个连续的运煤通道，并使机头有一定的卸载高度。它的主要结构参数要适应工作面端头总体布置，适应不同卸载高度，并使采煤机能自开切口。因此，过渡槽不论从总体配套要求还是从实际使用工况，都给设计带来了很大不便。在满足工作面总体配套前提下，要求过渡段长度尽可能短，但在卸载高度确定后，过渡段长度越短，机头升角则越大，过渡段圆弧曲率半径也相应减少。在这种条件下使用，加大了过渡槽弯曲段槽帮上翼磨损量，减小了过渡槽的使用寿命，对中心链刮板输送机的使用尤其严重。根据对几种刮板输送机的使用情况调查表明，过渡槽使用寿命仅为中部槽的1/2。由于井下工作面条件恶劣，对大功率刮板输送机，要更换一次过渡槽相当困难，费工费时，严重影响了煤炭生产。目前，工作面刮板输送机装机功率已发展到3×1 500kW，对刮板输送机的可靠性提出更高要求。根据设计实践，针对刮板输送机过渡槽的使用情况加以分析，出其寿命短的主要原因及薄弱环节，提出在工作面三机合理配套的前提下，过渡槽主要技术参数之间合理配合数值，以提高过渡槽的使用寿命。
2 国内生产的主要刮板输送机机头过渡段的结构参数及使用情况剖析
机械工业出版社，2001.
［3］宋志安，朱绪力，谷青松，等.M ATL AB/Si mulink与机电控制系统仿真［M］.北京：国防工业出版社，2011.
［4］曾德惠，黄松和.基于Matlab/Sim ulink的多自由度机械振动系统仿真［J］.湖北民族学院学报，2008,26(1):57-60.
［5］张士民，刘初升，周海沛，等.三轴变椭圆等厚振动筛动力学研究
［J］.煤矿机械，2011,32(6):75-76.
［6］张楠，侯晓林，闻邦椿.基于动态优化设计方法振动筛设计的研究［J］.煤矿机械，2008,29(3):12-13.
作者简介：严江（1989-），江苏泰州人，硕士研究生，研究方向：应力疲劳分析，有限元计算等，：yanm****************.
责任编辑：丛培建收稿日期：2014－09－15
10.3°    1 450
550
2 500
3 950
⌒ 第 35 卷第 11 期 刮板输送机机头过渡段技术参数的研究———曲乃锐
Vol.35No.11
我国井下刮板输送机在科研、设计、 制 造各方 面已经具有相当规模，一些产品已接近世界先进水 平，  但机头过渡段一直没有一个可遵循的设计 原 则，在设计方面仍存在一些具体问题，使得过渡槽 的使用寿命较低。  以下是几种典型刮板输送机机头 过渡段使用性能分析实例。
图 1  SGZ764/630 型刮板输送机机头过渡段
1. 机头架
2. 过渡段
3. 中部槽（1 节）
（1）SGZ 764/630 型刮板输送机机头过渡段的布
置如图 1 所示。  过渡段由机头架、过渡槽、1 节中部 槽组成。  从图 1 可以看出，过渡段的刮板链道为折 线。  由于输送机在运行中机头链条拉力最大，而且 该机采用中双链刮板型式，刮板链是由刮板两端导 向。  因此，在刮板两端导向部通过折线拐点时对槽 帮端头产生严重冲击，折线拐得越急，冲击力则越 大。  这样大大降低过渡槽的使用寿命，在井下实际 使用时暴露了这一弱点，按照该机型机头过渡段长 度及卸载高度，可以设计一种比较平滑的过渡段结 构方式，以提高其使用寿命，所以折线过渡在设计 中是不可取的；
（2）SGZ 630/220 型刮板机输送机过渡段是由机 头架和过渡槽组成，如图 2 所示，过渡段圆弧两边 切线的焦点距端 头仅 550  mm ， 圆弧曲 率半径仅为
3 500 mm 。  由于该机采用中链刮板型式，刮板链是
通过刮板两端断续导向，使得刮板导向部在过弯曲 段时与上翼接触应力较大，并导致刮板两端导向部 在通过过渡槽端头时产生较大的冲击，因此，过渡 槽上翼及端头磨损严重。  尽管在过渡槽弯曲段上翼 增焊一个三角块来延长磨损时间，但应该在结构上 重新考虑如何减小刮板的冲击及刮板两端导向 部 稳。  过渡槽上翼的压链力分布范围长，圆环链与上 翼的接触应力相对减小。 SGB764/264 型刮板输送机 机头过渡段是由机头架、过渡段和弯槽组成，如图 3 所示。  在使用中弯槽上翼磨损严重，这
说明弯曲段 曲率半径较小，  刮板链与上翼弯曲段接触长 度较 短，使得接触应力较大，加剧了磨损量。  所以边双链 刮板输送机机头过渡弯曲段曲率半径应依据接 触
应力大小和与磨损量的关系，按照寿命要求来确定。
总之，刮板输送机机头过渡段结构参数在设计 上的不合理是导致过渡槽使用寿命较短的主要因素。
图 3  SGB764/264 型刮板机输送机过渡段
1. 机头架
2. 过渡段
3. 弯槽
3  分析论证，提出合理设计参数
通过对现有刮板输送机 过渡段的结 构和使用 情况分析，  要使机头过渡段结构参数设计合理，首 先要对刮板链在通过过渡段时的运行状态及 受力 情况进行分析，求出弯曲段槽帮上翼对刮板边的压 链力与机头升角之间的关系。  过渡段主要结构参数 及刮板链受力情况如图 4 所示。
将弯曲段刮板链与上翼 的摩擦力简 化为圆弧 中点的一个合力 ΔF ，再将压力 N  与 ΔF 摩擦力合为 一个力 N 1=N +ΔF ；
根据力学平衡原理，由图 4 可得
N 1＋F ＋F +ΔF ＝0
图 4  过渡段受力情况示意图
α. 机头升角 R . 过度圆弧曲率半径 a. 圆弧两端两点切线焦点到切 点的距离  β.  中心圆环链与过渡圆弧切线的夹角  t.  刮板链刮板间 距 F . 刮板链水平拉力 ΔF . 刮板链过弯曲段摩擦力 N . 槽帮上翼 对
刮板链的压力  f v . 刮板链与上翼的摩擦系数
对上翼的接触应力，提高过渡槽的使用寿命，并使 得刮板链运行平稳；
由余弦定理得
N 1 =F +（F ＋ΔF ） －2F （F ＋ΔF ）cos α
2
2
2
1
2
导出 N 2－2f v F （1-cos α）-2（1-cos α）F 2＝0 （1） 当链条拉力 F  和摩擦系数 f v  为常数时，可求出
压链力 N  与升角 α 的关系 N=f （α）。  然后再导出各 主要参数之间的关系。  由图 4 可导出
图 2  SGZ630/220 型刮板机输送机过渡段
1.  机头架
2. 过渡槽
（3）双边刮板链在运行时是靠两边圆环链连续 曲率半径
R ＝  a    tg α/2
弯曲段圆弧长度 AB ＝ πR α
180
（2）
导向，在通过机头过渡段时要比中心刮板链运行平
87
刮板输送机机头升角 α 通常小于 10~15°，因此
α F  N i
F +ΔF
F +ΔF
A
C  β R  N
B  α
a  b  L
1
2
3
13.5°    2 430
2 210
4 640
1 2 3
11.5°    1 800
1 700
5 000
1 500
650
600
222
252
750
222
⌒ AB  AB  ⌒ ⌒ Vol.35No.11
刮板输送机机头过渡段技术参数的研究———曲乃锐
第 35 卷第 11 期
用弧度制单位，tg  α≈α，可将上述公式简化为
AB
＝ απa    化简得 sin β＝ t
scraper2R
（5）
180tg α/2 ≈2a
式中 t ———刮板间距。
R ＝ 180 ⌒  1  ⌒
从式（5）可以看出，β 角与刮板 间距 t  成正比 ， απ  AB ≈ α  AB  （3） 而与弯曲段圆弧曲率半径 R  成反比。 根据对机头过 a ＝ 180tg α/2 ⌒
1
渡段的研制实践表明，β 角通常应限制在 3.5°以下， απ AB ≈ 2  AB  （4）
对于双边链刮板输送机，
其刮板链是靠两边圆
环链连续导向 ，刮板链在通过过渡弯曲段时，槽帮
上翼的压链力是由整个圆弧 ⌒ 段来承受，根据弹性
力学赫芝理论得知 ⌒ 弧线中点为接触应力最大点。
设计某一确定的双边链 刮板输送机 ：  ①由式 （1）求出压链力 N ；②按照磨损量与接触应力和时间
的关系，根据过渡槽使用寿命要求来定出最佳接触 应力值；  ③将应力值代入赫兹公式求出弯曲弧 度
AB  长度；④将 AB  带入式（3）和式 （4） 求出 R  和 a ； ⑤综合考虑总体配套设计要求及制造工艺等因素， 合理确定过渡槽主要结构参数 α、R 、a 、L  等。
对于中心链刮板输送机，由于刮板链是由刮板 两端断续导向，在通过过渡弯曲段时槽帮上翼的压 链力靠刮板两端承受，因此接触应力集中在 1~2 个 刮板两端导向部上，由图 4 可以看出 ，当刮板到达 弯曲段点时，  前一个刮板已到达 C  点，B 、C  两点连 线是圆环链实际运行状态，圆环链与过度圆弧切
线 形成一个夹角 β，当 C  点到 B  点，切线距离大于刮板 导向部上链道的间隙 2 倍时，刮板在通过过渡槽端 头时就会产生冲击磨损。  β 角越大，则冲击力越大， 同 时 也 增 大 了 过 渡 弯 曲 段 上 翼 的 接 触 应 力 ， 增 加 了磨损量。  因此，中心链刮板输送机机头过渡段结 构 参 数 在 确 定 时 ， 要 尽 量 使 得 β 角 越 小 越 好 ， 使 刮板链在过渡段运行平稳，从而提高过渡槽的使用 寿命。
出影响 β 角的因素，由图 4 可得
R - 姨R 2-（t c os  β）2  =t sin  β
由式（5）得出中心链刮板输送机机头过渡槽弯曲段 圆弧曲率半径 R  的设计条件
R >8.2t
（6）
根据 R  来确定过渡段其他结构参数。
通过对刮板链在通过机 头过渡段时 的受力和 运行状态的分析，并提出了过渡段主要结构参数的 设计依据和条件，同时还要满足工作面采煤机、刮板 机、液压支架三机总体配套要求及材料和制造工艺 的要求，使过渡槽的使用寿命等同于中部槽的使用 寿命。
4  结语
井下工作面刮板输送机机头过渡段的设计，要 综合考虑各主要结构参数相配的合理性，使过渡槽 的使用寿命相对达到最佳值，不可单独盲目追求某 一参数的合理性。  经过分析论证，对双边链刮板输 送机机头过渡段要根据接触应力和使用寿命要 求
来确定过渡弯曲段弧线 A ⌒B  的长度；  对中心链刮板
输送机要 满足条件 R >8.2t 。  此 外还要满足 以下条
件：①机头卸载高度要求；②工作面倾角要求；③配 套采煤机能自开切口且不留三角煤；④过渡段长度 要满足支架间距要求；⑤有利于制造、安装、运输。
本文结合刮板输送机的实际使用情况，对过渡 段的主要结构参数合理性加以分析论证，初步提出 设计依据，有待进一步深入研究和实践来完善刮板 输送机机头过渡段的设计理论。
作 者 简 介 ：  曲 乃 锐 （1956-  ）， 山 西 太 原 人 ， 高 级 工 程 师 ，1981 年毕业于太原理工大学机制专业，： m.
责任编辑：丛培建  收稿日期：2014－09－28 ⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒
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