【正文】 內(nèi)外刮板輸送機(jī)都在向大運(yùn)量、長運(yùn)距、大功率、高強(qiáng)度、長壽命與高可靠性方向發(fā)展。目前，國外綜采最大的工作面刮板輸送機(jī)，去運(yùn)量已達(dá)6000t/h，裝機(jī)功率4800kW，運(yùn)距450m。國內(nèi)自主研發(fā)的刮板輸送機(jī)運(yùn)量已達(dá)3500t/h，裝機(jī)功率3700kW，運(yùn)距300m。隨著神東等大型煤炭基地400m工作面的出現(xiàn)，國產(chǎn)刮板輸送機(jī)將朝著更大型的方向發(fā)展。但是運(yùn)量、運(yùn)距和功率的增大受到諸多因素的限制。首先，中部槽的高度不宜太高，否則會影響裝煤效果。其次，輸送機(jī)的長度也不宜太長，會降低推進(jìn)速度。然后最主要的影響因素還在于關(guān)鍵元部件的技術(shù)性能和壽命。所以，在刮板輸送機(jī)向大型化發(fā)展的同時，高性能元部件的研發(fā)將成為今后刮板輸送機(jī)的發(fā)展重點，軟啟動技術(shù)、工況檢測、運(yùn)行狀態(tài)控制等機(jī)電一體化技術(shù)的運(yùn)用將成為今后刮板輸送機(jī)發(fā)展的重要標(biāo)志。2元部件的技術(shù)現(xiàn)狀隨著綜采工作面的生產(chǎn)能力迅速提高，刮板輸送機(jī)端卸載已經(jīng)難以滿足要求，國內(nèi)外大運(yùn)量重型刮板輸送機(jī)均采用交叉?zhèn)刃遁d機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)經(jīng)過幾代改進(jìn)，在卸載能力、效率、壽命等方面都有了很大的提高。同時，卸載高度的降低也為綜采配套帶來了便利。對于長運(yùn)距、大功率刮板輸送機(jī)，鏈條張緊需要較大的伸縮行程，目前國內(nèi)外均采用可伸縮機(jī)尾，并分為手動緊鏈系統(tǒng)和自動緊鏈系統(tǒng)。手動緊鏈系統(tǒng)是靠人工定時測量鏈條張力，伸縮機(jī)尾，所以不能保證鏈條始終處于最佳張緊狀態(tài)；而自動緊鏈系統(tǒng)才是理想的張緊方式，如圖1所示。該系統(tǒng)在鏈條與機(jī)頭、機(jī)尾驅(qū)動鏈輪分離后的鏈道下方安置有張力傳感器，根據(jù)鏈條的實際張力控制張緊油缸。使用了這種自動緊鏈系統(tǒng)，輸送機(jī)運(yùn)行時鏈條將始終保持最佳張緊狀態(tài)，延長了鏈條的使用壽命，縮短了停機(jī)時間。鏈輪組件是刮板輸送機(jī)的關(guān)鍵元件，其發(fā)展趨勢時提高鏈輪組件的可靠性，提高鏈輪的價格精度，改進(jìn)熱處理工藝，延長鏈輪的使用壽命。圖1自動張緊系統(tǒng)目前鏈輪組件在結(jié)構(gòu)上多采用雙列圓錐滾子軸承，稀油潤滑，機(jī)頭和機(jī)尾的鏈輪組件是一樣的，通過不同的齒輪聯(lián)軸器與減速器聯(lián)接，在井下更換時不用拆卸減速器；鏈輪采用高強(qiáng)度合金鋼，吃面淬火硬度達(dá)到HRC55，有效硬化層深度達(dá)10mm以上，使用壽命可達(dá)到400～500萬t過媒量。另外，從鏈輪的齒形上加以改進(jìn)，例如，某公司設(shè)計的GR型鏈輪與常規(guī)鏈輪就有很大區(qū)別，這種鏈輪始終有3各輪齒帶動整個載荷。3個輪齒接觸必然會降低鏈輪和鏈條的磨損，從而延長鏈輪和鏈條的使用壽命，減小鏈條伸長率，功率傳輸效率也較高。國外先進(jìn)的輸送機(jī)傳動裝置多采用軟啟動技術(shù)，目前在刮板輸送機(jī)上成功使用的軟啟動裝置主要有閥控充液式液力耦合器、CST可控啟動傳輸系統(tǒng)和交流電機(jī)變頻調(diào)速等。因國內(nèi)尚無成熟的技術(shù)和產(chǎn)品，所以國產(chǎn)大功率刮板輸送機(jī)采用的軟啟動裝置全部為進(jìn)口產(chǎn)品。圖2為德國研制的DTP閥控充液式液力耦合器。圖2DTP閥控充液式液力耦合器⑴可以實現(xiàn)刮板輸送機(jī)的空載啟動和過載保護(hù)；⑵通過換水可以實現(xiàn)刮板輸送機(jī)的頻繁啟動，而不必限制啟動頻率；⑶通過告便液力耦合器的重也順序可以實現(xiàn)多機(jī)驅(qū)動下的負(fù)載平衡；⑷可以實現(xiàn)慢速驗鏈；⑸雙腔設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊；功率傳遞部件無機(jī)械接觸，可靠性高。⑹以清水作為工作液，安全方便而且廉價，可以通過水管或水箱供水，通過排液泵管排水，排液壓力由主電機(jī)帶動的液力循環(huán)產(chǎn)生，通過本安型先導(dǎo)組合閥直接對 水循環(huán)進(jìn)行控制；⑺在不影響功率傳輸?shù)那闆r下，通過換水來散熱。⑴在任意載荷下可以跟蹤任何啟動曲線，加減速度任意調(diào)節(jié)；⑵相對調(diào)速型液力耦合器而言，傳動效率高；⑶具有任意條件下的可控停車能力。⑷可實現(xiàn)多點驅(qū)動之間高精度的功率平衡，平衡精度可達(dá)98%；⑸對輸送機(jī)所有機(jī)械、電器系統(tǒng)提供過載保護(hù)，保護(hù)系統(tǒng)響應(yīng)速度快；⑹可以上時間低速運(yùn)行，實現(xiàn)免俗驗鏈；⑺現(xiàn)場調(diào)試簡單，可以很方便地在線進(jìn)行參數(shù)修改與調(diào)試。⑴與其他軟啟動方式相比，全部實現(xiàn)了電器軟啟動控制，刮板輸送機(jī)傳動系統(tǒng)和供電系統(tǒng)得到最大的簡化；⑵啟動時間可隨負(fù)載自行調(diào)節(jié)；⑶實現(xiàn)了刮板輸送機(jī)滿載及空載的平穩(wěn)啟動；⑷大幅度降低了啟動電流，提高電網(wǎng)供電質(zhì)量，減少電網(wǎng)沖擊。中部槽是整個工作面輸送機(jī)的軀干，其使用壽命是衡量整機(jī)使用壽命的重要指標(biāo)。目前中部槽多采用∑形斷面槽幫、整體鑄焊封底結(jié)構(gòu)，壽命已達(dá)1000萬t。為了進(jìn)一步提高使用壽命，國內(nèi)外主要生產(chǎn)廠商對中部槽外形、結(jié)構(gòu)及材料等方面有進(jìn)行了大量的研究。如德國某公司通過研究和開發(fā)，撥那個在井下對不同斷面的中部槽進(jìn)行大量試驗，最終發(fā)現(xiàn)，與∑形斷面槽幫相比，弧形斷面槽幫使刮板與槽幫內(nèi)側(cè)面接觸液力小，從而減小摩擦阻力，降低功率消耗，延長中部槽和刮板的壽命。刮板與∑形斷面和弧形斷面槽幫接觸面比較如圖3所示。槽幫上采用上下分體設(shè)計，如圖4所示，上下槽幫完全相同，可以選擇任意厚度和寬度的中板使得中部槽設(shè)計有更大的靈活性。每個槽幫與中部槽中板之間有2條焊縫，中部槽一側(cè)的4條焊縫中，只有上槽幫內(nèi)側(cè)的1條焊縫經(jīng)受磨損，即使這條焊縫被磨光，中部槽還能保持高度的穩(wěn)定性。圖3刮板與∑形斷面和弧形斷面槽幫接觸面比較槽幫制造上采用軋制材料，軋制鋼材的表面比鑄造鋼材平滑，摩擦小。中部槽中板采用高強(qiáng)度耐磨硬化鋼板，磨損小。在軋制中部槽外側(cè)焊接啞鈴座，不會減小槽幫的厚度。鍛造啞鈴座的設(shè)計保證中部槽和啞鈴座不受到破壞，所以首先斷裂的總是啞鈴。圖4四節(jié)式槽幫鋼設(shè)計及磨損輪廓中部槽的另一種結(jié)構(gòu)形式是上下槽分體重疊式，這種形式可以根據(jù)上下槽受載情況和失效狀況不同進(jìn)行不同結(jié)構(gòu)設(shè)計與選材，且上槽更換容易，有利于提高整機(jī)強(qiáng)度與壽命。該形式中部槽在SGZ880/2400型中雙鏈交叉?zhèn)刃豆ぷ髅婀伟遢斔蜋C(jī)中得到了成功應(yīng)用。圓環(huán)鏈作為刮板輸送機(jī)的牽引機(jī)構(gòu)，其抗拉強(qiáng)度直接關(guān)系到整機(jī)的可靠性。目前，國產(chǎn)圓環(huán)鏈最大到φ42mm146mm緊湊鏈，抗拉強(qiáng)度為2270kN，國外圓環(huán)鏈最大到φ48mm152mm緊湊鏈，抗拉強(qiáng)度為3550kN。隨著圓環(huán)鏈尺寸的不斷增大，中部槽也越來越高，輸送機(jī)壯美效果隨之下降，回采巷道如果清理不徹底還會影響推移輸送機(jī)。所以圓環(huán)鏈的發(fā)展方向是提高抗拉強(qiáng)度和降低立環(huán)高度。為了提高圓環(huán)鏈的抗拉強(qiáng)度，目前國外C級和D級大規(guī)格圓環(huán)鏈在材料方面用23MnNiCrMo54，23MnNiCrMo54和23MnNiCrMo64精練鋼，拉伸強(qiáng)度極限≥1600～1800MPa。焊接工藝方面：采用先進(jìn)的堆焊設(shè)備，采用閃光堆焊和退貨加工工藝，成功地解決了堆焊過程中產(chǎn)生的過熱、過燒等問題。在質(zhì)量檢測方面，對啦伸斷口利用掃描電纜進(jìn)行斷口分析；采用圓環(huán)鏈預(yù)拉伸強(qiáng)化工藝，極大提高了承載能力和疲勞強(qiáng)度。1985年某公司率先制造出38mm137mm扁平鏈。扁平鏈就是每根鏈條的平環(huán)仍然是圓環(huán)，而立環(huán)是被“擠壓”的扁平環(huán)。扁平鏈鏈環(huán)滑動工作面積的增大降低了鏈條在槽體上的單位壓力，提高了立環(huán)的抗磨損性能；鏈條高度的降低使其更容易通過鏈輪，而且可以降低裝機(jī)功率和輸送機(jī)槽體高度?，F(xiàn)代高性能輸送機(jī)一般都涉及配套扁平鏈條。2003年，某公司有研制處一種寬體扁平鏈，如圖5所示。它是一種高強(qiáng)度、低矮型鏈條，具有以下特點：圖5常規(guī)鏈條和新型寬體扁平鏈⑴采用這種鏈條可降低刮板鏈高度，從而降低中部槽高度，最終使用采高降低，滿足薄煤層開采。⑵采用這種鏈條可以降低使用功率，或在功率不變的情況下，增大工作面的長度，這將極大地減少開拓工作量，減少工作面搬家次數(shù)。⑶這種鍛造的寬體扁平鏈加大了鏈環(huán)的接觸面積，可在提高鏈環(huán)強(qiáng)度的同時減少磨損，有助于保持鏈環(huán)的剛性。如42mm的扁平鏈可以承受2855kW的裝機(jī)功率，而50mm寬體扁平鏈則可承受高達(dá)31000kW的裝機(jī)功率。由于無法準(zhǔn)確地預(yù)測鏈條的失效，按常規(guī)做法一般都是提早更換鏈條。2005年某公司與多家科研院所合作，研究開發(fā)一種輸送機(jī)鏈在線檢測系統(tǒng)，如圖6所示。這是一種融合了集成傳感器技術(shù)的智能輸送機(jī)鏈，它能將鏈條的應(yīng)力特性實時記錄下來，借助微電子技術(shù)裝置，由計算機(jī)得出鏈條斷裂前的剩余使用壽命。另外還可以檢測鏈條的預(yù)緊力，有利于鏈條在使用壽命期內(nèi)達(dá)到到最佳使用狀態(tài)，提高安全性，避免意外事故。接鏈環(huán)有用于平環(huán)的接鏈環(huán)和用于立環(huán)的接鏈環(huán)兩種，近年來一直趨向采用用于立環(huán)的接鏈環(huán)，這樣的接鏈環(huán)在通過鏈輪時不與鏈輪產(chǎn)生接觸，所以也不會有磨損。圖6智能輸送機(jī)鏈Blockmaster接鏈環(huán)是一種新型的用于扁平鏈立環(huán)的接鏈環(huán)如圖7所示，因其閉合長度極端，安裝時無需松弛鏈條；其設(shè)計構(gòu)思新穎，可雙向安裝，不用考慮輸送方向，也不存在裝反的可能，接鏈環(huán)中部的鎖塊可避免鏈條扭結(jié)，同時也提高了接鏈環(huán)的強(qiáng)度，如42mm146mm的Blockmaster接鏈環(huán)破斷拉力達(dá)2500kN。刮板輸送機(jī)的傳動特點是低速重載、耐沖擊、體積小但潤滑和散熱差。為了獲得高性能齒輪傳動裝置，需不斷提高產(chǎn)品都涉及水平和制造水平。圖7Blockmaster接鏈環(huán)提高設(shè)計水平首先要提高設(shè)計手段，采用先進(jìn)的設(shè)計技術(shù)。目前，有些公司開發(fā)了基于載荷和變形的齒輪廓設(shè)計計算軟件，在齒輪書籍中采用高變位，對齒跟彎曲應(yīng)力進(jìn)行有限元分析，改進(jìn)齒跟過渡曲線形狀，使齒輪在滿載情況下嚙合狀態(tài)得到極大改善，提高了接觸強(qiáng)度，采用彈性力學(xué)和有限元發(fā)對行星齒輪傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行載荷分析，時均載結(jié)構(gòu)更加科學(xué)合理，采用彈性流通動壓潤滑分析技術(shù)分析齒輪嚙合區(qū)摩擦發(fā)熱和油膜狀態(tài)。上述先進(jìn)的齒輪傳動設(shè)計的采用，使齒輪設(shè)計達(dá)到很高的技術(shù)指標(biāo)。刮板輸送機(jī)齒輪多采用表面硬化處理的高級低碳合金鋼材料，硬化工藝有：滲碳、氮化和表面淬火。隨著齒輪傳動功率的增加、體積的相對減小，癡戀接觸應(yīng)力和齒跟彎曲應(yīng)力大幅度增加。齒輪材料晶間雜質(zhì)常成為疲勞裂紋萌生的根源。目前，國際主要刮板輸送機(jī)生產(chǎn)廠商廣泛采用真空電爐冶煉的低碳優(yōu)質(zhì)多合金齒輪鋼。齒輪熱處理采用計算機(jī)測控氣氛滲碳裝備，嚴(yán)格監(jiān)視爐內(nèi)溫度、碳勢，控制齒輪裝備主要零件采用數(shù)控加工中心制造，加工精度有利大幅度提高，國內(nèi)外有些公司齒輪制造精度達(dá)到相當(dāng)我國GB10009588《漸開線齒輪加工精度》標(biāo)準(zhǔn)665級以上。3我國刮板輸送機(jī)的發(fā)展方向隨著煤礦集約化礦井生產(chǎn)的發(fā)展，長壁工作面綜采裝備技術(shù)也不斷地向高端發(fā)展，以滿足生產(chǎn)能力大、自動化程度高、安全可靠的生產(chǎn)要求。目前，我國刮板輸送機(jī)的總體設(shè)計和制造水平已接近國外同類機(jī)型，但在關(guān)鍵元部件壽命、可靠性及創(chuàng)新等方面與國外相比仍有不少差距，尤其是軟啟動、過載保護(hù)和鏈條自動張緊裝置等高端技術(shù)產(chǎn)品。15