劉濤

【摘 要】 本文以斜溝礦選用的刮板輸送機(jī)的中部槽為研究對象，針對現(xiàn)場反饋中部槽凹凸聯(lián)接端在“拉架”與“推溜”工況中易失效的問題，采用ANSYS軟件對SGZ1250/2400型刮板輸送機(jī)的中部槽進(jìn)行了強(qiáng)度分析和校核。研究結(jié)果表明：SGZ1250/2400型刮板輸送機(jī)的中部槽在上述兩工況下，能夠較好地滿足現(xiàn)場使用。研究成果為類似條件下刮板機(jī)的選擇提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】 刮板輸送機(jī);中部槽;拉架;推溜;ANSYS

【中圖分類號】 TH227 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A

【文章編號】 2096-4102（2020）01-0024-04 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

斜溝礦是年產(chǎn)千萬噸級的特大型礦井，該煤礦井下工作面環(huán)境條件惡劣，刮板輸送機(jī)的中部槽需要承受來自斜切進(jìn)刀的各種阻力、采煤機(jī)的壓力、煤層對采煤機(jī)的切割反力及在“推溜”和“拉架”工況下來自液壓支架的推溜力和拉架力等。

之前多數(shù)學(xué)者針對中部槽的失效做了較多理論研究，但對具體礦井的實(shí)況來驗(yàn)證所選型號刮板輸送機(jī)中部槽的強(qiáng)度是否滿足使用方面的研究卻很少。因此，本文從此處著手研究，目的是為類似條件下刮板機(jī)的選擇提供借鑒。

1 SGZ1250/2400刮板輸送機(jī)參數(shù)

工作面配套SGZ1250/2400刮板輸送機(jī)相關(guān)參數(shù)如下：

裝機(jī)功率（kW）：2×1200：設(shè)計(jì)長度（m）：300，輸送量（t/h）：3750，鏈速（m/s）：1.5;電動機(jī)型號：HXW78：功率（kW）：1200，額定電壓（V）：3300，額定轉(zhuǎn)速（r/min）：1480/735;減速器型號：HB-KPL-75：速比：33，功率（kW）：1200;冷卻方式：水冷;

中部槽：1750×1250（內(nèi)寬）×367mm，整體鑄焊封底式溜槽，聯(lián)接方式為啞鈴聯(lián)接。

為了便于后面的有關(guān)計(jì)算，列出了與之配套的液壓支架的一些有關(guān)參數(shù)，主要有以下參數(shù)：

推溜力（kN）：445，拉架力（kN）：802。

2刮板輸送機(jī)中部槽受力分析

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，中部槽的失效主要發(fā)生在凹凸聯(lián)接耳處，通常發(fā)生在刮板輸送機(jī)拉液壓支架和液壓支架推刮板輸送機(jī)這兩個(gè)過程中。

中部槽的擋板槽幫和鏟板槽幫存在凸凹端，由于中部槽結(jié)構(gòu)復(fù)雜，兩端聯(lián)接方式不一樣，一邊是凸端，另一端是凹端，如圖1所示。

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中部槽有兩個(gè)凸端和兩個(gè)凹端，但在受推和拉液壓支架的情況下只有一個(gè)凸端和一個(gè)凹端受力，如圖2所示。中部槽結(jié)構(gòu)的特殊性導(dǎo)致推溜和拉架時(shí)擋板槽幫和鏟板槽幫的凸凹端的受力情況不一樣，以下就這兩種情況進(jìn)行分別討論。

圖2（a）為中部槽拉液壓支架時(shí)的受力示意圖，拉架時(shí)，受液壓支架油缸的拉架力F拉。假設(shè)其兩側(cè)中部槽對其作用力是恒定不變的，即當(dāng)前中部槽的凹凸聯(lián)接端上的受力是固定的。另外，拉架時(shí)，摩擦力恒定。因此，油缸耳軸對推拉耳的拉力F拉也大小不變。以上兩種力方向相反，但大小相等。右側(cè)中部槽作用在凹端的力為N2，左側(cè)中部槽作用在凸端的力為N1。受力分析可知，合力矩及合力應(yīng)為零，可得：

N1+N2=F拉（1）

N1L1=N2L2（2）

圖2（b）為液壓支架推中部槽時(shí)的受力示意圖，受液壓支架推動時(shí)，受到液壓支架油缸的推溜力F推。同樣以該節(jié)中部槽為研究對象，假設(shè)其兩側(cè)中部槽在推溜工況下對研究對象的作用力是恒定不變的，即當(dāng)前中部槽的凹凸聯(lián)接端上的受力也是固定的。另外，推溜時(shí)，底板所受摩擦力恒定，因此油缸耳軸對推拉耳的推力F推也大小不變。右側(cè)中部槽作用在凹端的力為N3，左側(cè)中部槽作用在凸端的力為N4。受力分析可知，合力矩及合力應(yīng)為零，可得：

N3+N4=F推（3）

N4L1=N3L2（4）

根據(jù)斜溝礦所選液壓支架的參數(shù)以及實(shí)際工況，得到中部槽拉架力為802kN，支架推溜力445 kN，L1與L2相等，可以計(jì)算得到相應(yīng)的拉架是來自相鄰中部槽的反作用力N1=N2=401kN，液壓支架推中部槽是來自相鄰中部槽的反作用力N3=N4=222.5kN。

3中部槽關(guān)鍵部件強(qiáng)度分析

3.1拉架工況受力分析

為了方便、準(zhǔn)確地分析液壓支架推刮板輸送機(jī)和刮板輸送機(jī)拉液壓支架情況下的中部槽受力情況，在建模軟件ANSYS中對中部槽進(jìn)行裝配。

添加約束與載荷，在實(shí)際工況中，由于液壓支架拉中部槽時(shí)是單個(gè)拉，相鄰兩邊中部槽由于其相聯(lián)接的液壓支架約束而固定不動，所以在分析過程中，給中部槽底板固定約束，中間中部槽聯(lián)接耳受拉，拉力為802kN，擋板槽幫凹端受相鄰中部槽的作用力-401kN，鏟板槽幫凸端受相鄰中部槽的作用力-401kN，負(fù)號代表與聯(lián)接耳作用力方向相反，如圖3所示。

添加等效應(yīng)力和等效應(yīng)變?yōu)榍蠼饽繕?biāo)，進(jìn)行有限元分析，應(yīng)力分析結(jié)果如圖4。

應(yīng)變分析結(jié)果如圖5所示。最大應(yīng)力為412MPa，但該部位處于鏟板槽幫與中板焊接部位，由于模型沒有添加焊縫，所以在該部位應(yīng)力較大，但對分析結(jié)果沒有影響，可以忽略，利用有限元軟件中的刺針工具得到有效的等效應(yīng)力最大值為259MPa，位置處于中部槽凸端聯(lián)接處，最大應(yīng)變也處于該部位，最大應(yīng)變值為0.4mm。該分析結(jié)果也與實(shí)際生產(chǎn)中中部槽凸端易發(fā)生損壞的事實(shí)相符。

3.2推溜工況受力分析

添加約束與載荷，在實(shí)際工況中，由于液壓支架推刮板輸送機(jī)中部槽時(shí)是單個(gè)的推送，相鄰兩邊中部槽由于其相聯(lián)接的液壓支架約束而固定不動，所以在分析過程中，給中部槽底板固定約束，中間中部槽聯(lián)接耳受拉，拉力為445kN，擋板槽幫凹端受相鄰中部槽的作用力-222.5kN，鏟板槽幫凸端受相鄰中部槽的作用力-222.5kN，負(fù)號代表與聯(lián)接耳作用力方向相反，如圖6所示。

添加等效應(yīng)力和等效應(yīng)變?yōu)榍蠼饽繕?biāo)，進(jìn)行有限元分析，分析結(jié)果如圖7和圖8所示。

最大應(yīng)力為415MPa，但該部位處于鏟板槽幫與中板焊接部位，由于模型沒有添加焊縫，所以在該部位應(yīng)力較大，但對分析結(jié)果沒有影響，可以忽略，利用有限元軟件中的刺針工具得到有效的等效應(yīng)力最大值為85MPa，位置同樣位于中部槽凸端聯(lián)接處，最大應(yīng)變也處于該部位，最大應(yīng)變值為0.18 mm。

以上部分主要分析拉架、推溜工況下中部槽的受力情況，并應(yīng)用ANSYS對中部槽在推溜和拉架情況下的受力情況進(jìn)行分析，結(jié)果顯示在所加載荷下，中部槽的應(yīng)力與應(yīng)變均滿足設(shè)計(jì)要求，由于液壓支架推刮板輸送機(jī)時(shí)的力較刮板輸送機(jī)拉液壓

支架的力小，所以在推溜時(shí)有較高的安全系數(shù)，實(shí)際生產(chǎn)中，中部槽凸端在拉架時(shí)也最易發(fā)生損壞。中部槽應(yīng)力與應(yīng)變情況如表1所示。

4結(jié)論

SGZ1250/2400型刮板輸送機(jī)中部槽擋板槽幫及推拉耳等關(guān)鍵受力件由合金鋼鑄造而成，其抗拉強(qiáng)度一般為650MPa，屈服強(qiáng)度為430MPa。為保證工件的正常工作狀態(tài)，由實(shí)際生產(chǎn)需求出發(fā)，其許用應(yīng)力[σ]一般取為300MPa。

當(dāng)刮板輸送機(jī)拉液壓支架（拉架）時(shí)：最大應(yīng)力值，σmax=259MPa<[σ];

液壓支架推刮板輸送機(jī)（推溜）時(shí)：最大應(yīng)力值σmax=85MPa<[σ]。

在兩種工況下強(qiáng)度都滿足強(qiáng)度要求，最大位移值分別為0.4mm和0.18mm，兩種情況下變形值比較小，不影響中部槽與支架的連接。

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