SGZ1250/2400 型刮板輸送機中部槽強度分析

劉濤

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

【關鍵詞】 刮板輸送機;中部槽;拉架;推溜;ANSYS

【中圖分類號】 TH227 【文獻標識碼】 A

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

斜溝礦是年產千萬噸級的特大型礦井，該煤礦井下工作面環境條件惡劣，刮板輸送機的中部槽需要承受來自斜切進刀的各種阻力、采煤機的壓力、煤層對采煤機的切割反力及在“推溜”和“拉架”工況下來自液壓支架的推溜力和拉架力等。

之前多數學者針對中部槽的失效做了較多理論研究，但對具體礦井的實況來驗證所選型號刮板輸送機中部槽的強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的選擇提供借鑒。

1 SGZ1250/2400刮板輸送機參數

工作面配套SGZ1250/2400刮板輸送機相關參數如下：

裝機功率（kW）：2×1200：設計長度（m）：300，輸送量（t/h）：3750，鏈速（m/s）：1.5;電動機型號：HXW78：功率（kW）：1200，額定電壓（V）：3300，額定轉速（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（內寬）×367mm，整體鑄焊封底式溜槽，聯接方式為啞鈴聯接。

為了便于后面的有關計算，列出了與之配套的液壓支架的一些有關參數，主要有以下參數：

推溜力（kN）：445，拉架力（kN）：802。

2刮板輸送機中部槽受力分析

根據實踐經驗，中部槽的失效主要發生在凹凸聯接耳處，通常發生在刮板輸送機拉液壓支架和液壓支架推刮板輸送機這兩個過程中。

中部槽的擋板槽幫和鏟板槽幫存在凸凹端，由于中部槽結構復雜，兩端聯接方式不一樣，一邊是凸端，另一端是凹端，如圖1所示。

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中部槽有兩個凸端和兩個凹端，但在受推和拉液壓支架的情況下只有一個凸端和一個凹端受力，如圖2所示。中部槽結構的特殊性導致推溜和拉架時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行分別討論。

圖2（a）為中部槽拉液壓支架時的受力示意圖，拉架時，受液壓支架油缸的拉架力F拉。假設其兩側中部槽對其作用力是恒定不變的，即當前中部槽的凹凸聯接端上的受力是固定的。另外，拉架時，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。右側中部槽作用在凹端的力為N2，左側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的受力示意圖，受液壓支架推動時，受到液壓支架油缸的推溜力F推。同樣以該節中部槽為研究對象，假設其兩側中部槽在推溜工況下對研究對象的作用力是恒定不變的，即當前中部槽的凹凸聯接端上的受力也是固定的。另外，推溜時，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。右側中部槽作用在凹端的力為N3，左側中部槽作用在凸端的力為N4。受力分析可知，合力矩及合力應為零，可得：

N3+N4=F推（3）

N4L1=N3L2（4）

根據斜溝礦所選液壓支架的參數以及實際工況，得到中部槽拉架力為802kN，支架推溜力445 kN，L1與L2相等，可以計算得到相應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中部槽關鍵部件強度分析

3.1拉架工況受力分析

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

添加約束與載荷，在實際工況中，由于液壓支架拉中部槽時是單個拉，相鄰兩邊中部槽由于其相聯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，負號代表與聯接耳作用力方向相反，如圖3所示。

添加等效應力和等效應變為求解目標，進行有限元分析，應力分析結果如圖4。

應變分析結果如圖5所示。最大應力為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，所以在該部位應力較大，但對分析結果沒有影響，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力最大值為259MPa，位置處于中部槽凸端聯接處，最大應變也處于該部位，最大應變值為0.4mm。該分析結果也與實際生產中中部槽凸端易發生損壞的事實相符。

3.2推溜工況受力分析

添加約束與載荷，在實際工況中，由于液壓支架推刮板輸送機中部槽時是單個的推送，相鄰兩邊中部槽由于其相聯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，負號代表與聯接耳作用力方向相反，如圖6所示。

添加等效應力和等效應變為求解目標，進行有限元分析，分析結果如圖7和圖8所示。

最大應力為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，所以在該部位應力較大，但對分析結果沒有影響，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力最大值為85MPa，位置同樣位于中部槽凸端聯接處，最大應變也處于該部位，最大應變值為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，并應用ANSYS對中部槽在推溜和拉架情況下的受力情況進行分析，結果顯示在所加載荷下，中部槽的應力與應變均滿足設計要求，由于液壓支架推刮板輸送機時的力較刮板輸送機拉液壓

支架的力小，所以在推溜時有較高的安全系數，實際生產中，中部槽凸端在拉架時也最易發生損壞。中部槽應力與應變情況如表1所示。

4結論

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

當刮板輸送機拉液壓支架（拉架）時：最大應力值，σmax=259MPa<[σ];

液壓支架推刮板輸送機（推溜）時：最大應力值σmax=85MPa<[σ]。

在兩種工況下強度都滿足強度要求，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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