張鵬飛

摘 要：對國際上兩種主流機型的刮板輸送機進行全面的比較，分析兩者在結(jié)構(gòu)型式、技術(shù)性能和實際使用效果的差別，供國內(nèi)廣大煤礦用戶和設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)參考借鑒。

關(guān)鍵詞：刮板輸送機中部槽；軟啟動；刮板鏈

美國JOY公司和德國DBT公司（現(xiàn)已被美國卡特公司收購）是國際上最大的兩家綜采設(shè)備制造企業(yè)，不僅能夠為用戶提供成套的高端技術(shù)裝備，在新產(chǎn)品的研發(fā)方面更是有著豐富的經(jīng)驗和深厚的技術(shù)儲備。兩家公司的刮板輸送機在結(jié)構(gòu)特征存在很大差異，但在使用中都有非常出色的表現(xiàn)，經(jīng)受住了煤礦嚴酷工作條件的考驗，現(xiàn)對兩家的刮板輸送機產(chǎn)品進行比較，分析各自的特色與優(yōu)勢，供國內(nèi)廣大煤礦用戶和設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)借鑒。

1 中部槽

中部槽構(gòu)成刮板輸送機的軀干，占到整機重量的50%以上，中部槽壽命是衡量設(shè)備壽命的重要指標。JOY和DBT兩家公司的中部槽有存在顯著差異。

德國DBT公司采用傳統(tǒng)的“軋制-焊接結(jié)構(gòu)”：槽幫采用軋制成形，中底板先與左右擋板焊接，再焊接鏟板、啞鈴聯(lián)接座、推移耳、彎板和軌座等其它零部件。軋制槽幫和相關(guān)鍛件有非常高的強度、韌性和尺寸精度，材料的內(nèi)在缺陷少，采用機器人自動焊接，焊接質(zhì)量得到有效保證。

DBT公司中部槽分為主槽體和上溜槽兩部分：上溜槽結(jié)構(gòu)簡單，主要承擔(dān)刮板運行和煤輸送過程的磨損，強度要求低，可采用耐磨的材料，槽體磨損后可方便更換；結(jié)構(gòu)復(fù)雜的主槽體主要是確保強度，采用強度高、韌性好、焊接性能好的材料組焊而成，可多次重復(fù)利用，降低設(shè)備使用費用，PF5中部槽上溜槽中板厚度30mm，主槽體中板厚度25mm，上溜槽過煤量可達到2000萬噸，主槽體的過煤壽命可達到4000萬噸。

軋焊式中部槽的缺點在于槽幫的尺寸變化比較困難：由于槽幫軋制過程中軋輥流水線的工藝調(diào)整復(fù)雜，同規(guī)格槽幫軋制需要有一定批量，因此生產(chǎn)靈活性差，應(yīng)用受到很大限制。軋焊式中部槽焊道多，對焊接質(zhì)量要求非常嚴格。這些因素限制了軋焊式中部槽在國內(nèi)的推廣應(yīng)用。

JOY公司于20世紀80年代末開發(fā)成功鑄焊式結(jié)構(gòu)中部槽：中部槽分為鏟板槽幫、擋板槽幫、中板、底板、彎板、軌座共六部分，與軋焊式中部槽比較，零件數(shù)量大幅減少，焊接工作量和焊接復(fù)雜程度與難度顯著降低，槽幫采用模型鑄造工藝，便于利用鑄造成型過程中的金屬流動性形成復(fù)雜的形狀，更好的承擔(dān)各種復(fù)雜的工作載荷，避免局部的應(yīng)力集中。

目前槽幫材料通常采用ZG30MnSi，高性能槽幫還加入Mo等合金元素，采用調(diào)質(zhì)處理，具有較高的強度、韌性和耐磨性，抗拉強度達到600～900Mpa，表面硬度HB240～280。中部槽中底板采用高強度耐磨鋼，槽幫與中底板聯(lián)接的焊縫采用熔透焊接方式，強度完全能夠與母材匹配，具有很好的韌性，鑄焊式中部槽的壽命和可靠性顯著提高，1000mm槽寬中部槽中板厚度40mm，過煤量壽命達到2500萬噸時，中板磨損量不到20mm。

單件槽幫的重量200～600kg，采用模具鑄造，生產(chǎn)工藝簡單，不受生產(chǎn)批量限制，根據(jù)煤礦的地質(zhì)條件和綜采工作面設(shè)備配套具體要求可靈活調(diào)整槽幫的形狀與尺寸。由于鑄焊式中部槽的生產(chǎn)方式靈活，生產(chǎn)工藝簡單，因此被國內(nèi)外刮板輸送機生產(chǎn)廠家廣泛采用，同時得到廣大用戶的認可。

2 驅(qū)動系統(tǒng)

由于受工況的影響，刮板輸送機經(jīng)常性重載啟動，同時長運距刮板輸送機通常采用機頭尾雙電機驅(qū)動或3臺電機驅(qū)動，電機出力容易產(chǎn)生不均衡，因此刮板輸送機啟動困難，容易對傳動系統(tǒng)和鏈條產(chǎn)生應(yīng)力沖擊，嚴重時會導(dǎo)致鏈條的斷裂或電機的燒毀，大功率刮板輸送機通常采用軟起動裝置。

德國DBT公司采用CST可控軟啟動裝置，摩擦離合器布置在減速器輸出端的行星架與箱體之間，有獨立的高壓自動供液系統(tǒng)調(diào)整動靜摩擦片之間的壓力，可對減速器輸出扭矩的精確控制，實現(xiàn)軟啟動和多電機驅(qū)動的功率平衡；CST離合器對負載變化的響應(yīng)快，一旦鏈條發(fā)生刮卡，離合器幾毫秒內(nèi)就會打開，電動機和減速箱高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動慣量不會通過輸送機鏈輪作用到鏈條上，能夠?qū)崿F(xiàn)有效的過載保護，延長鏈條使用壽命，提高整機運行可靠性。實踐證明相似機型的刮板輸送機，DBT的刮板輸送機鏈條斷裂次數(shù)少，使用壽命長。CST的缺點在于內(nèi)部結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)復(fù)雜，制造精度要求高，摩擦片對潤滑油的油質(zhì)要求較高，因此價格昂貴，日常維護難度大，維修成本高。

JOY公司軟啟動采取的是液力傳動技術(shù)，使用清水作為傳動介質(zhì)，偶合器布置在減速器和電機之間：電機啟動前先將液力偶合器內(nèi)腔的液體排空，電機空載啟動，達到額定轉(zhuǎn)速后，閥控供液系統(tǒng)開始對偶合器內(nèi)腔快速供液，大概用20秒時間完成充液過程，刮板輸送機完成啟動過程，進入正常工作運行狀態(tài)。設(shè)備運行過程，閥控供液系統(tǒng)通過檢測水溫度的變化，按照程序設(shè)定自動排液與充液，注入冷水，排出熱水，將偶合器內(nèi)腔的水溫控制在50℃以下，避免水的高溫結(jié)垢等對閥控充液系統(tǒng)的影響。

由于自身的工作特性要求，閥控充液型液力偶合器要求供水流量≥150L/min，動態(tài)壓力在0.4～1.2Mpa之間，同時對水質(zhì)都有一定的要求，水質(zhì)差容易引起供液控制閥的結(jié)垢。在實際使用過程中，由于供水條件不能完全滿足要求，導(dǎo)致充液閥結(jié)垢堵塞的問題還是無法避免，閥控充液型液力偶合器日常維護工作量大，工作可靠性受到一定的影響。

2009年，JOY公司供神東的刮板輸送機采用一體式變頻電機驅(qū)動，實現(xiàn)了設(shè)備的軟起動與功率平衡功能。與閥控充液型液力偶合器相比，變頻電機驅(qū)動的優(yōu)勢在于水僅作為電機工作的冷卻介質(zhì)，不參與傳動過程，對流量和水質(zhì)的要求降低，水流量大于30L/min，壓力≥0.4MPa就能夠滿足設(shè)備使用要求。變頻電機自身有非常完善的故障診斷和保護系統(tǒng)，日常維護量少，使用可靠性顯著提高，電機的理論使用壽命達到15年，使用36000小時后進行維修，僅需更換軸承和密封和少量電子元件，維修費用僅相當(dāng)于整機的15%，雖然變頻驅(qū)動電機的初期采購價格高，但后續(xù)維護和維修費用低，因此有很強的競爭力，目前變頻驅(qū)動在刮板輸送機應(yīng)用越來越多。

刮板輸送機通常是針對某一特定的工況設(shè)計，通常按最大運量的要求設(shè)定鏈速，但由于工作面實際條件的差異，運量會有非常大的差異，在實際運量小的時候，需要將鏈速降低以減少鏈條、鏈輪的磨損，減少能耗，這是CST和閥控充液型液力偶合器等其他軟啟動方式不能實現(xiàn)的，而變頻驅(qū)動可實現(xiàn)恒扭矩的長期低速驅(qū)動，機械效率卻沒有明顯變化，根據(jù)負載變化實現(xiàn)鏈速的自動調(diào)節(jié)對于刮板輸送機的節(jié)能降耗有重要的意義，因此，變頻技術(shù)在刮板輸送機上的應(yīng)用有廣闊的前景。

3 刮板鏈

刮板鏈是刮板輸送機最薄弱的環(huán)節(jié)。據(jù)統(tǒng)計，刮板輸送機60%以上的事故停機發(fā)生在刮板鏈部位，同時刮板和鏈環(huán)的數(shù)量多，出現(xiàn)問題的位置也不確定，日常檢修困難。刮板鏈發(fā)生故障時，需要對運載的煤進行清理，斷鏈發(fā)生在下溜槽時，處理更加困難，經(jīng)常會造成長時間停機，對生產(chǎn)影響非常大。

由于輸送機推移造成輸送機的彎曲，以及底板的起伏造成中部槽的錯口，以及煤和矸石的影響，刮板在運行中經(jīng)常性的發(fā)生刮卡。由于結(jié)構(gòu)的影響，與圓環(huán)鏈立環(huán)接觸的部位是刮板最薄弱的環(huán)節(jié)：對于Φ48X152標準規(guī)格的鏈條，兩個立環(huán)之間的間隙只有56mm，考慮到預(yù)留適當(dāng)?shù)拈g隙，刮板的寬度只有46mm，由于使用的磨損，強度會進一步降低，使用中如果發(fā)生比較嚴重的刮卡，刮板就非常容易在該部位發(fā)生彎曲，嚴重時會導(dǎo)致刮板的斷裂，如果不能及時發(fā)現(xiàn)，會進一步引起鏈條的斷裂，造成嚴重的停機事故。

德國DBT公司刮板輸送機采用的是變節(jié)距鏈條，將常規(guī)的Φ48的鏈條的平環(huán)和立環(huán)節(jié)距重新分配，將兩個152mm分為160mm和144mm，鏈條的平環(huán)加長8mm變?yōu)?60mm，立環(huán)相應(yīng)縮短8mm變?yōu)?44mm。這樣做的優(yōu)點在于與鏈條平環(huán)配合的刮板斷面可以增加8mm，刮板的抗彎強度相應(yīng)提高了37%，在實際使用中取得良好的效果。同時DBT公司刮板輸送機的鏈條為Φ48X160/144，鏈條節(jié)距的平均值依然是152mm，相應(yīng)鏈輪的外徑尺寸保持不變。

1.立環(huán)；2.刮板；3.平環(huán)

圖7 刮板與立環(huán)的配合

4 結(jié)束語

兩家公司的刮板輸送機在結(jié)構(gòu)和技術(shù)上都有各自的優(yōu)勢，希望以上的分析和對比，能對國內(nèi)廣大煤礦用戶的設(shè)備選型和設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)制造刮板輸送機有所借鑒，加快核心技術(shù)與關(guān)鍵元部件的研發(fā)，進一步提高產(chǎn)品可靠性和自動化程度，滿足國內(nèi)煤礦高產(chǎn)高效發(fā)展的需要。