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煤矿井下刮板输送用链轮使用寿命研究

2025-04-03 74 上传者：管理员

摘要：从链轮啮合、刮板链预张力、刮板链长度、原煤矸石含量等方面分析了刮板输送机链轮使用寿命的影响因素，逐项分析原因，提出了有针对性的措施，减小链轮使用过程中链窝的磨损，从而提高链轮使用寿命。提出了延长刮板输送机链轮使用寿命的新思路、新措施。

关键词：
刮板输送机
刮板链张力
地质条件
链轮材料
链轮链窝
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刮板输送机作为煤矿井下采煤工作面原煤运输设备,其可靠性直接影响采煤效率｡随着刮板输送机研发和制造技术的快速发展,刮板输送机可靠性得到很大提高,刮板输送机机头尾､中部段等已基本能满足各类地质条件和煤质的工况,目前含矸量较大煤矿,刮板输送设备驱动刮板链的链轮可靠性相对较低｡近年来对链轮材料和热处理做了大量的研究[1],链轮耐磨性有了一定的改善,但其寿命仍然偏短,在一个工作面需更换链轮,尤其是在含矸量较大的薄煤层和超长工作面,链轮的寿命比较短,最短的只有90~120d,需多次更换,严重影响采煤效率,同时影响到备件准备等｡因此分析研究不同煤矿条件采煤工作面刮板输送设备链轮的寿命,及时储备链轮备件,减小对采煤效率的影响｡

1、刮板输送机链轮使用寿命影响因素分析

(1)链轮啮合对磨损的影响

链轮-刮板链传动示意图如图1所示｡刮板输送机链轮驱动刮板链运行实现原煤运输,链条由平环和立环组成,链条平环与链轮链窝啮合[2],链条对链轮形成半包围形状,链条通过与链轮的啮合改变运行方向,与链轮啮合的链条平环在进入链窝和脱链离开的过程中平环与其啮合的链窝之间产生相对滑动,同时平环啮合或脱开过程中平环首先相对前一个相邻立环在链窝中旋转一端先离开链窝,然后平环和立环相对前一个链窝中的平环整体旋转使整个平环啮合或脱开,平环与啮合的链窝之间相对滑动造成链窝和平环接触面间的磨损,同时链条受力节距变化和平环制造外形偏差等累积也会造成平环端面和链窝两端面间的滑动摩擦磨损｡平环是由轧制的棒料焊接而成,其制造工艺等决定了棒料直径和节距的公差比较大,如φ48mm规格的链条平环的棒料直径公差±1.4mm､节距公差±1.5mm,平环两端面与链窝之间的磨损不可避免,但是提高制造精度可以使磨损减缓,延长使用寿命;另外受链条制造节距偏差和受力节距产生变化等因素影响,为使链环顺利入链和脱链,链轮链窝长度大于链条平环长度,链轮在转动过程中链条节距随拉力的变化,链窝和平环之间也会产生很小的相对滑动,造成链轮链窝和链条的磨损｡因此链轮啮合磨损是影响链轮寿命的关键因素｡

图1链轮-刮板链传动示意图

(2)刮板链张力对链轮磨损的影响

刮板输送机在启动前刮板链需要预张紧,刮板链预张力大小直接影响链轮链窝的磨损｡刮板链过松,刮板输送机机尾上链和机头下链容易堆链造成卡链;刮板链过紧,链轮链窝压力增大,磨损加剧｡同时刮板输送机在运行过程中,根据刮板链伸长量变化实时张紧来控制刮板链的张紧度｡

目前刮板输送机自动张紧技术还不是很成熟,尤其是大倾角､起伏较大等条件复杂的工作面刮板输送机,刮板链自动张紧与实际要求的张紧状态有较大的偏差,经常出现刮板链过紧或过松的现象,刮板链过紧使得链轮啮合面压力过大,过松则造成堆链的现象｡

采煤工作面刮板输送机铺设长度变化影响刮板链张紧力的大小,尤其是超长工作面刮板输送机原煤运输过程中刮板链伸长累积量比普通工作面设备配套的刮板链伸长累积量大,在机尾容易刮板链堆积造成卡链现象,需增大刮板链的预张力,但刮板链预张力增大后,驱动刮板链的链轮链窝磨损增大,导致其寿命降低｡针对这一问题,在刮板输送机运行过程中根据原煤运输量的大小和装原煤位置的变化及时调整刮板链张紧力的大小,对改善链轮和链条啮合起到一定的效果,但工作面加长后还是有一定的影响｡

(3)原煤含矸量大小对链轮磨损的影响

含矸量很低原煤运输过程中对链轮和链条啮合起到一定的润滑作用,可以减缓链轮链窝的磨损｡原煤含矸量增大后链条在刮板输送机溜槽中磨损加剧,影响链条与链轮的啮合,同时链轮链窝进入小矸石颗粒,进一步加剧对链轮链窝的磨损｡含矸量较大的煤矿反馈,链轮链窝的磨损比较快,寿命减少至90~120d｡

对于链轮啮合原理造成的啮合过程中相对滑动对链轮链窝磨损,通过结构设计､材料优化､热处理性能提升等已经将磨损降的很低,在含矸量很低的采煤工作面应用寿命达到1a以上｡对于刮板输送机铺设长度加长后刮板链张力增大加剧对链轮磨损,根据原煤运输量的大小和装原煤位置的变化及时调整刮板链张紧力的大小可以降低链轮链窝的磨损｡而原煤含矸量大小对链轮磨损的影响非常大,因此需要研究含矸量与链轮寿命之间的关系｡

2、链轮使用寿命研究

(1)链轮啮合减小磨损措施

在啮合过程为确保链环顺利进入和脱离链窝,链环和链窝之间须有一定的间隙,链环与链轮啮合多齿同时参与啮合的特性和易磨损的特点决定了啮合过程链环与其啮合的链窝之间产生滑动是不可避免的｡在链条和链轮链窝正常啮合的情况下尽量减少链环和链窝之间的间隙,同时采用提高链轮材料的耐磨性和链窝表面的硬度､增加硬化层的厚度等手段,减少链轮链窝和链条的磨损｡

链轮啮合分析过程中发现链条外形尺寸,尤其是链条平环直径和节距制造偏差是影响链轮磨损的重要因素[3]｡提高平环棒料轧制精度,减少直径偏差,采取提高平环压弯成形､焊接工装精度和节距控制精度以及减少热处理变形等制造工艺,减少平环节距偏差,从而减少链轮链窝的磨损｡

(2)刮板链张力控制措施

刮板输送机长度通常在200m以上,超长工作面刮板输送机长度达到450m,刮板链长度达到900m｡运行过程中刮板链是弹性体,刮板输送机运行负载大小和装煤位置直接影响刮板链的伸长量,必须及时判断刮板链的伸长量,通过伸缩机尾调节刮板链张力,避免刮板链过紧链环和链窝磨损加剧,过松造成刮板链堆积卡链等故障｡刮板输送机铺设长度越长,带载后刮板链的伸长量越大｡

刮板输送机刮板链通过伸缩机尾自动伸缩张紧,伸缩机尾伸缩油缸推力包括机尾移动阻力､机尾驱动部对下链道刮板链的拉力和机尾端上链道刮板链的张力,根据刮板输送机运行特点,机尾端上链道刮板链不堆链处于松弛状态即可,只需通过传感器等判断刮板与机尾上沿的间隙,因此刮板链张力的机尾伸缩油缸推力和位移需要根据机尾移动阻力､机尾驱动部对下链道刮板链的拉力和刮板与机尾上沿的间隙来控制,最终实现刮板链张力实时控制｡

刮板输送机运行过程中刮板链张紧力变化也对链轮啮合造成一定的冲击,刮板链实时自动张紧对刮板输送机运行也会造成影响,链条受力状态下是一个弹性体,其松紧状态通过张力大小分段进行调整,减少自动张紧频率,实现对刮板链的适度张紧｡

(3)含矸量大小与链轮寿命的关系

根据用户信息反馈,链轮链窝磨损与刮板输送机所运输原煤的含矸量有直接的关系｡对含矸工作面使用的10套刮板输送机机头､机尾链轮使用情况进行了跟踪统计,其磨损量如表1所示｡

表1机头､机尾链轮链窝磨损量统计表

由表1可知,同一材料的链轮,其链窝的磨损速度与原煤矸石含量紧密相关,原煤矸石含量越高,链窝磨损速度越快｡因此针对不同的矸石含量需要研究不同的耐磨材料,提高链窝的磨损性能｡同时研究链轮链窝热处理技术,提高链窝的耐磨性｡

目前主要从提高链轮链窝硬度和淬硬层厚度､材料中增加Cr､Ni等元素提高耐磨性等措施延长含矸工作面刮板输送机链轮的使用寿命[4]｡

3、结语

本文从链轮啮合､刮板链预张力､刮板链长度､原煤矸石含量等方面研究了刮板输送机链轮使用寿命影响因素,逐项分析原因,提出了有针对性的措施,实现了链轮使用过程中减小链窝磨损,从而提高链轮使用寿命｡在实际应用中刮板输送机刮板链预张力大小调整和不同铺设长度刮板输送机运行过程中应用不同的刮板链张力控制策略取得了一定的效果,对延长链轮使用寿命起到了积极的促进作用｡

参考文献:

[1]姜红民.刮板输送机链轮轴组失效分析及改进[J].矿山机械,2010,38(9):120-121.

[2]郭建军,王鹏.浅谈矿用刮板输送机链轮报废及维修标准[J].煤矿机械,2023,44(11):151-154.

[3]樊伟.矿用高强度圆环链链轮链窝的尺寸检测探析[J].低碳世界,2019,9(4):76-77.

[4]胡万飞,卜侃侃,米佩.刮板输送机耐磨性改进效果分析[J].煤矿机械,2023,44(6):138-140.

基金资助:宁夏回族自治区重点项目(2024BEE02028);

文章来源:陈云,王盼,傅瑞华.煤矿井下刮板输送用链轮使用寿命研究[J].煤矿机械,2025,46(04):56-58.