楊 濤

（晉能控股煤業(yè)集團機電管理部，山西 大同 037000）

SZZ1200/700 順槽用轉載機是煤礦井下運輸系統(tǒng)中的轉載設備，將煤料提升轉移到帶式輸送機上，凸槽是轉載機從爬坡段向水平段的轉向槽。因凸槽是轉載機的關鍵部件，最容易受到磨損而需要進行維修和保養(yǎng)。論文主要是對晉能控股煤業(yè)集團忻州窯礦SZZ1200/700 轉載機凸槽進行改進研究[1-6]，進而提高凸槽的耐磨性，延長其使用壽命。

1 工程概況

晉能控股煤業(yè)集團忻州窯礦井下采掘工作面使用SZZ1200/700 橋式轉載機，該設備與井下PCM400 型破碎機、帶式輸送機等設備配套使用，實現(xiàn)采煤過程的機械化作業(yè)。SZZ1200/700 橋式轉載機作業(yè)時，通過轉載機的凸槽結構把煤料從爬坡段引向水平段。橋式轉載機的凸槽中、底板全部采用上弧形結構設計，因此該凸槽中底板位置磨損非常嚴重，影響設備正常使用，必須進行優(yōu)化改進。

2 SZZ1200/700 橋式轉載機凸槽的優(yōu)化改進

2.1 結構優(yōu)化改進設計

SZZ1200/700 橋式轉載機采用整中板結構，凸槽長度固定，無法采用增大中板圓弧段的辦法來提高耐磨性，降低磨損情況。因此，針對這一情況，設計了一種新型的橋式轉載機用凸槽，其結構如圖1，主要包括凸槽體、可更換式中板、六角頭螺栓、彈簧墊圈、六角頭螺母等部件。

圖1 新型橋式轉載機用凸槽結構示意圖

基于無限多邊形繪制圓形原理，在新型凸槽結構當中將凸槽圓弧段中板分割成三段直線形可更換式中板，可更換式中板如圖2。該設計可以降低凸槽圓弧段的中板高度。

圖2 可更換式中板示意圖

從圖2 可知，可更換式中板設置有2 個長條形開口，便于工作人員的拆卸和安裝。當轉載機凸槽圓弧段中板的磨損量達到報廢極限值后，就必須對其進行更換，拆下緊固螺栓，取出已報廢的可更換式中板，再將新的可更換式中板安好，并固定即可，更換過程簡便快速。新型凸槽結構的設計，有效地降低了圓弧段中板高度，同時有效地提高了因中板磨損過度而導致時常出現(xiàn)設備大修的問題，縮短了設備檢修時間，降低設備維護和保養(yǎng)成本。

2.2 可更換式中板材料選用

SZZ1200/700 橋式轉載機的凸槽中板和整機所用材質一致，但是由于凸槽安裝在轉載機架橋段和爬坡段之間起聯(lián)接過渡作用，凸槽中板的磨損力度增大許多，因此對于可更換中板可以選擇用耐磨性更好的材料。

經(jīng)技術調研選擇ZGMn13 系鑄造高錳鋼做為可更換式中板材料。ZGMn13 系鑄造高錳鋼經(jīng)處理后可在其表面層產(chǎn)生很好的耐磨性能，同時又保持內(nèi)部韌性。研究表明：高錳鋼鑄件經(jīng)水韌處理后，具有優(yōu)良的低沖擊力學性能，可以較好地適應凸槽圓弧段中板受沖擊、容易磨損的特點。ZGMn13 系鑄造高錳鋼材料的應用，可以有效提供可更換式中板的耐磨性能，降低維修成本。

2.3 凸槽體結構強度有限元分析

采用ZGMn13 系鑄造高錳鋼可更換式中板后，實現(xiàn)了凸槽圓弧段中板分割。該設計中板焊接面積減小，整體強度有所降低，采用有限元分析檢驗其強度是否滿足滿載工況的需要。

（1）三維模型的建立

利用三維實體建模軟件Pro/E 對煤礦井下綜采工作面SZZ1200/700 橋式轉載機凸槽體進行三維建模（如圖3），利用ANSYS Workbench 模塊對凸槽體進行有限元分析，可得凸槽體在滿載工況下的應力分布情況。

圖3 SZZ1200/700 橋式轉載機凸槽體三維模型圖

（2）有限元模型的建立

滿載工況條件下，該轉載機凸槽主要承受兩方向的沖擊力：刮板鏈的沖擊和槽內(nèi)煤塊的沖擊。將建立的凸槽體三維模型導入到ANSYS Workbench模塊分析軟件中，并設置相應參數(shù)。

（3）應力分析

通過ANSYS Workbench 模塊軟件對一凸槽體結構進行應力分析，得到凸槽體應力云圖如圖4。從得到的應力數(shù)據(jù)可知，滿載工況條件下最大應力為133.7 MPa，最大應力布置處于槽體開口處中板與側板焊接處，最大應力值小于ZGMn13 系鑄造高錳鋼材料屈服強度，該數(shù)據(jù)說明經(jīng)優(yōu)化設計后的凸槽強度滿足滿載工況的需要。

圖4 SZZ1200/700 橋式轉載機凸槽體應力圖

3 實踐應用及效果分析

對SZZ1200/700 橋式轉載機完成優(yōu)化改進設計后，由晉能控股煤業(yè)集團機電裝備科大機械有限公司完成該改進安裝制作。從2020 年5 月起，優(yōu)化改進設計后的SZZ1200/700 橋式轉載機在忻州窯礦14～（-3#）層東三盤區(qū)8507 工作面進行了工業(yè)性試驗，數(shù)據(jù)結果表明：8507 工作面每出煤200 萬t，ZGMn13 系鑄造高錳鋼可更換式中板的平均磨損量僅為3 mm，凸槽使用壽命提高50%。