刮板輸送機中部槽疲勞壽命優化設計分析

柴化寧

（西山煤電集團設備租賃分公司，山西 太原 030053）

引言

刮板輸送機作為煤炭開采過程中的核心綜采設備，是配合采煤機、液壓支架等共同作用的。刮板輸送機的刮板鏈將煤塊輸送至轉載機上。刮板輸送機不僅僅有運輸作用，而且刮板輸送機也是采煤機行走的軌道支撐以及液壓支架進行移架時的支撐點[1-2]。隨著煤炭開采深度的加深，煤礦井下所處的環境越來越惡劣，刮板輸送機作為主要的核心綜采設備，其整體的結構性能以及安全可靠性直接影響著煤炭開采的效率。

1 刮板輸送機的結構

刮板輸送機的主要組成部分是由機頭部分承擔著整個裝置的驅動系統，包含著牽引機以及傳動裝置等組成，中間過渡段是整個設備的機身部分，是整套裝置輸送的支撐機體。同時在刮板輸送機上還設置有其他的保護裝置，例如限距器等裝置。機尾段與機頭段的組成基本相似，不過在機尾處加設了導向體，保證了刮板鏈的鏈輪能夠進入到正確的軌道內部。刮板輸送機的整體結構圖如圖1 所示。

圖1 刮板輸送機的整體結構圖

2 中部槽結構及存在問題

刮板輸送機的中部槽結構有很多種，目前使用比較廣泛的有輕型、中型、重型以及超重型[3]。

1）目前應用在輕型刮板輸送送機上的中部槽大多采用的是扎制中板焊接而成的中部槽，由于其材料眾多，結構簡單，在輕型刮板輸送機上有較好的應用。

2）鑄造拼接式的刮板輸送機中部槽在中型刮板輸送機上有較好的應用，鑄造體本身結構穩定，有著比較好的強度和硬度，在使用過程中能夠有較長的壽命。

3）隨著鑄造技術的發展，現在能夠按照需要鑄造出一體式的中部槽，一體式的中部槽由于其生產過程中采用的材料和工藝的不同，使得其在使用過程中的強度和剛度有了大幅度的提升，但是由于造價相對較高，僅使用在重型刮板輸送機上。

刮板輸送機的中部槽有多種的結構以及生產加工方法，但是在目前使用過程中，刮板輸送機的中部槽存在著一個共同的問題就是其結構強度在長時間的使用過程中會逐漸失效，這就需要對中部槽的結構進行優化。

3 中部槽的結構優化分析

中部槽在實際使用過程中，經常會出現的問題是槽幫啞鈴窩處發生疲勞失效，這是中部槽最易損壞的位置之一。對中部槽的槽幫進行結構的優化就是對中部槽的結構進行優化，因為槽幫是中部槽的關鍵部件，而槽幫的啞鈴窩處是槽幫處的最為薄弱的環節之一，這就需要對其進行加強處理，分散其應力集中，增加其強度和剛度。通過在實際中的使用情況，對槽幫處進行結構優化如下頁圖2。

圖2 結構優化前后示意圖

利用ANSYS 軟件對改變結構前后的模型進行應力分析。對模型施加相同的載荷以及邊界條件，得到如下頁圖3 改變結構前的所示的應力分布圖和下頁圖4 改變結構后的應力分布圖。

圖3 未改變結構時的應力分布圖

圖4 改變結構后的應力分布圖

4 結語

通過對比能夠發現改進后的應力分布相比未改進的應力分布更加均勻，尤其在槽幫的上翼板附近能夠明顯觀察到，并且能夠明顯發現，對比改進部位和未改進部位，改變結構的部分發現上述各參數測量誤差都優于靜態試驗數據結果，有效實現了對靜態試驗累積誤差的抑制，滿足掘進機實際工況使用要求。結合上文的分析，改進后的中部槽既能夠滿足生產過程中的正常使用，又能夠延長其使用壽命，所以對啞鈴窩處的結構調整可以在實際生產中得到應用。