刮板輸送機中刮板磨損問題的分析與改進

薛秀麗

（西山煤電馬蘭礦， 山西 古交 030200）

引言

近年來，刮板輸送機作為煤炭開采過程中重要的運輸設備得到了廣泛的應用，極大推動了我國煤炭行業的發展[1]。在煤炭開采裝運過程中刮板輸送機承擔著煤炭運輸的任務，其性能的好壞直接關系著煤炭開采工作的安全和效率。刮板輸送機具有結構簡單、承載面積大、撓曲性能好等優點，在煤炭的開采運輸過程中較為常見。刮板作為推動煤炭順利前移的主要部件，在工作過程中不僅要承受煤炭的撞擊，同時也與輸送機的溜槽、槽幫等存在剮蹭現象，極易出現刮板的磨損，進而產生漏煤或溜煤現象，降低輸送機的輸送效率[2-3]。因此，有必要對刮板的磨損問題進行研究和改進，以達到延長刮板使用壽命的目的，保證刮板輸送機的運煤效率。

1 刮板輸送機的組成及工作原理

刮板輸送機主要由機頭部、中間部、機尾部、附屬部件四部分組成。其中機頭部主要為輸送機提供動力，包括機頭架、電機、減速器、聯軸器、鏈輪等；中間部主要是帶動煤炭運輸的部分，包括過渡槽、中部槽、鏈條、刮板等；機尾部主要保證刮板鏈能夠順利返回，包括機尾架、導向裝置等；附屬部件主要完成輸送機運行過程中的姿態調整，包括千斤頂、近鏈裝置等。

刮板輸送機的主要功能是將開采得到的煤炭、礦石放入輸送機的溜槽，通過鏈條帶動刮板將溜槽內的物料逐漸輸送至礦井之外進行卸載。輸送機的工作過程及原理如下：首先啟動驅動電機，通過液力變矩器、減速機等傳動部件進行降速增扭，保證輸送機運轉所需的扭矩；減速機的低速軸端連接鏈條的驅動輪用于驅動鏈條的旋轉，拽動刮板循環將煤炭等物料沿滑槽不斷前移，直到輸送機機頭位置進行卸載，完成一個物料的輸送過程。由于刮板鏈上裝有較多的刮板，其無限循環工作可實現煤炭、礦石等物料的連續輸送。

2 刮板磨損問題的提出及分析

刮板輸送機的工作條件惡劣，各傳動部件、鏈輪鏈條等在工作過程中處于連續運轉狀態。研究表明[4-6]，輸送機的主要失效形式是磨損失效和疲勞失效。其中磨損失效包括中部槽磨損、刮板鏈磨損、齒輪磨損、鏈輪磨損、軸承磨損、鏈板磨損等；疲勞失效包括中部槽的疲勞破壞、鏈輪疲勞破壞等。實踐發現刮板輸送機工作過程中磨損較快的部件是刮板，刮板作為輸送機中的重要部件，一旦出現磨損就會降低單位時間輸送機的運輸量，必須引起高度重視。

刮板磨損較快的可能原因如下：第一是刮板在連續輸送煤炭、礦石等過程中與溜槽工作面上的殘余煤渣等摩擦，同時也與兩側槽邊縫隙中的煤炭、礦石等摩擦，導致刮板的底面與側面磨損較快，并且偶爾的煤塊、礦石等對刮板上表面的砸壓更會加劇刮板工作過程中的磨損；第二是偶爾會有煤塊、礦石等掉到溜槽的底部，刮板運轉過程中它們會卡擦刮板下表面，加劇刮板的磨損，因此有必要對現有刮板的結構進行改進設計。

3 刮板結構的改進設計

針對刮板磨損問題對當前輸送機使用的刮板進行了結構改進，以降低刮板與溜槽、槽幫之間的磨損，降低煤塊等砸落沖擊對刮板磨損的影響。改造之后的刮板結構如下頁圖1 所示。由圖1 可以看出在原來刮板的基礎上增加了滾動裝置、溜槽清掃結構、彈性緩沖結構，改進之后的刮板減小了刮板的摩擦磨損，同時也降低了刮板所受煤塊等的沖擊，保證了刮板輸送機的運行平穩性和輸送效率。

圖1 改進后的刮板結構

3.1 增設滾動裝置

通過在刮板底面設置滾動體，減小了刮板底面與溜槽工作面之間的摩擦系數，降低了刮板運轉過程中的摩擦阻力，減小了刮板底面的磨損。同時此改進還能夠降低刮板輸送機運行過程中的能耗，提高整個輸送機的能源利用率，保證輸送機的高效運行。通常大多礦用刮板輸送機均存在轉彎情況，因此刮板與槽幫等部件之間也會存在摩擦情況，通過在原刮板的兩側設置滾動體，變滑動為滾動，減小了二者之間的摩擦磨損。

3.2 增設緩沖裝置

輸送機長期運行過程中經常存在大塊煤塊、礦石等跌落砸擊刮板的情況，不僅會加速刮板的損壞，還會增加刮板與溜槽工作表面之間的磨損，長此以往就會造成刮板的損壞，降低整個刮板輸送機的使用壽命。為了降低砸擊對刮板和整個輸送機的沖擊程度，在刮板的底面和兩側分別增加了緩沖裝置，緩沖裝置具體的結構如圖2 所示。

圖2 緩沖裝置示意圖

緩沖裝置主要由滾珠、緩沖機構主體、滾珠托架、外部彈簧和內部彈簧等零部件組成。其中滾珠的功能是將原來接觸面的滑動摩擦轉變為滾動摩擦，均勻布置在刮板底面和兩側面；滾珠托架主要用于支撐滾珠，將滾珠與彈簧之間隔離避免直接摩擦，并且在滾珠托架心部添加潤滑脂，實現滾珠的油脂潤滑，減小滾珠的磨損。內部彈簧主要是支撐滾珠，使其能夠與溜槽工作面或者槽幫等可靠接觸，在輸送機工作過程中處于壓縮狀態；緩沖機構主體主要支撐內外彈簧，約束滾珠；外部彈簧主要吸收沖擊能量，達到緩沖的效果，同時也為滾珠與溜槽的緊密接觸提供彈力。

3.3 增設清掃裝置

為了使每個刮板能夠最大量地運輸煤炭、礦石等物料，及時清理溜槽內的碎煤或煤渣，避免刮板與溜槽工作面之間存在積煤，改進之后的刮板結構尾部配置了一個清掃裝置。清掃裝置材料采用Mn13高猛鋼，其中Mn 含量（質量分數）在11%～14%之間，該材料具有很好的耐磨性和抗沖擊性，能夠滿足輸送機對溜槽工作面的長期清掃。清掃裝置的緊固螺栓孔加工成腰型孔，當清掃裝置長期使用磨損過大影響清掃效果時，可以通過松開緊固螺栓，將清掃裝置向下移動至合適的位置之后緊固螺栓繼續使用，調整較方便且利用率較高。通過增加清掃裝置能夠使槽底平整無煤，保證滾珠與溜槽工作面緊密接觸，減小二者之間的摩擦磨損，提高刮板輸送機的輸送效率。

4 應用效果分析

與當前輸送機使用的刮板相對比，改進之后的刮板在實際應用過程中體現出了較多的優勢：

1）刮板底面的滾珠徹底改變了刮板底面與溜槽工作面、刮板底面與槽幫等之間的摩擦狀態，降低了接觸面之間的磨損。滾動摩擦形式不僅增加了刮板的使用壽命，而且間接的保護了溜槽的工作表面，使溜槽的故障概率大大降低，同時還降低了刮板輸送機的工作阻力，起到了節約能源的效果。

2）刮板底部和兩側安裝緩沖裝置，當刮板受到煤塊、礦石等砸落時，沖擊振動得到了明顯的改善，整個運輸機受到的沖擊作用較小，降低了整機的抖動強度，保證了輸送機運行的平穩可靠。

3）增加清掃裝置，降低了刮板走過之后的漏煤量，減少了溜槽工作面的碎煤和煤渣，提高了刮板輸送機的輸送能力，同時也保護刮板底部的滾珠，使其能夠與溜槽工作面可靠接觸。