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交流變頻技術在礦用刮板輸送機設計中的應用

文檔作者：于之龍文檔來源：山西新景礦煤業有限責任公司		點擊數：	更新時間： 2025年09月21日
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1 刮板輸送機設計選型
此煤礦每小時可產煤3 700 t，采煤工作面長
300 m，其中刮板鏈的設計速度為1.5 m/s。設計刮板
輸送機需要考慮很多因素，首先要根據實際工況計
算刮板機的運輸能力以及在負載運輸過程中產生的
阻力大小等，同時還要選擇合適的電機。
刮板機輸送量的計算公式如下：
Q=3 600A漬酌v . （1）
式中：Q 為刮板機的輸送量，t/h；A 為刮板機上的負
載最大的截面面積，m2；漬為刮板機滿載系，取0.9；酌
為單位體積的負載，t/m3，取值0.9；v 為運行時輸送
機的速度，m/s。
根據實際情況得知，輸送機的運輸量Q 為3 700
t/h，速度v 為1.5 m/s，由上式可得刮板機上負載最
大的截面面積A 為0.85 m2。
考慮到刮板輸送機的實際運行狀態，在計算運
行阻力時分為直線段和曲線段兩類。若刮板輸送機
沿曲線段方向運行，則不僅受到負載和刮板鏈自重
力的影響，還受到在傾斜方向上負載和刮板鏈引起
的下滑力的影響。因此，在計算時，將兩者之和統稱
為總運行阻力。
刮板輸送機在井下實際工況中，不僅存在直線
運行還存在曲線運行。這兩種運行方式下刮板輸送
機受到的阻力是不同的，在計算總的運行阻力時要
把兩部分產生的阻力加到一起。
曲線運行段產生的總阻力的計算公式如下：
Wzh=（q棕+q1棕1）Lgcos茁±（q+q1）Lgsin茁. （2）
直線運行段產生的總阻力的計算公式如下：
Wk=q1Lg（棕1cos茁±sin茁）. （3）
總的阻力計算公式如下：
W0=1.1Wf（Wzh+Wk）. （4）
式中：Wzh 為曲線運行段總阻力，N；q 為單位長度刮
板輸送機上負載的質量，取686 kg/m；q1 為單位長度
刮板鏈的質量，取36 kg/m；L 為刮板輸送機自身長
度，取300 m；棕為負載煤在溜槽內滑動時的阻力系
數，取0.7；棕1為刮板鏈在溜槽內滑動時的阻力系數，
取0.3；g為重力加速度，取9.8 m2/s；茁為運行時刮板
輸送機的傾斜角，取12°；Wk為曲線運行段總阻力，
N；Wf為附加的阻力系數，取1.1。
將已知數據帶入式（2）（3 ）（4 ）可得Wzh=970 665
N；Wk=53 063 N；W0=1 238 711 N。
現在需要對刮板鏈的受力強度進行計算，鏈條
分別受到靜張力和動張力，兩類張力最大值之和就
為鏈條最大張力值[1]。
當刮板輸送機選擇雙鏈型時，其安全系數應該
滿足下面的關系式：
K=（2Sp姿）/（1.2Smax）≥3.5 . （5）
式中：Sp為某一鏈條被破壞時所受的拉力，N；姿為圓
環鏈受力不均勻系數，取0.85；Smax為鏈條的最大抗
拉強度。
經逐點張力法計算可以得知Smax=975 665 N。如
果Sp=3 010 kN，那么K=4.37>3.5。由此可見刮板鏈的
強度設計滿足要求。
根據上述計算結果，選擇SGZl000/3000 中雙鏈
變頻刮板輸送機。
2 刮板輸送機配套設備的設計選型
輪式破碎機的作用是切割煤層并破碎煤層。切
割煤層的工作原理是利用高速運動的切割刀快速通
過目標煤層，目標煤層會受到比較大的沖擊力，實現
切割煤層的目的。破碎機接著會把割下的煤層進行
破碎，破碎煤層的工作原理是利用破碎機上刀座的
速度與刮板鏈和破碎軸的速度之間的差值來實現對
交流變頻技術在礦用刮板輸送機設計中的應用
于之龍
（山西新景礦煤業有限責任公司， 山西陽泉045000）
摘要：基于交流變頻技術，對某礦用刮板運輸機進行選型和設計，并對圓環鏈、中部槽、刮板以及刮板輸送機
自動緊鏈裝置進行了設計。研究表明，通過聯合交流變頻技術、自動恒壓緊鏈裝置等可實現對刮板運輸機的智
能控制。
關鍵詞：刮板輸送機交流變頻技術自動恒壓緊鏈裝置
中圖分類號：TH227;TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1003-773X（2018）08-0198-03
DOI:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2018.08.088
總第184 期
2018 年第8 期
機械管理開發
MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
Total 184
No.8，2018
收稿日期：2018-05-30
作者簡介：于之龍（1989—），男，本科，電氣助理工程師，現任山
西新景公司調度室信息系統科員，研究方向為電氣設備工程。
自動化技術與設計
割下煤的擠壓，最終實現對割下煤層的破碎。在實際
的礦井下，需要將破碎后的煤進行運輸，因此破碎機
還需要與輸送機一起組合使用。輪式破碎機有很多
型號，本文選擇對PLM5000 型輪式破碎機進行設計
研究。此破碎機利用4 個部件聯合使用來達到傳動
的目的，這4 個裝置包括電動機、液力偶合器、減速
器、彈性聯軸節。這個破碎機的優點是可以調節出煤
的塊度。此功能是根據進入破碎機煤的塊度來控制
墊板實現的。
在井下機械選型時，不能單純只考慮一個器械
的性能，要考慮其和其他配套設施一起使用時的性
能，本文選擇SZZl350/500 型轉載機與刮板輸送機配
套使用。SZZl350/500 型轉載機的電動機采用的是變
頻電動機，其傳動系統采用的是齒輪傳動，并且轉載
機通過花鍵來實現鏈輪組件和減速器的連接。為了
減少轉載機所占的體積，把它平行布置在傳動裝置
一側。為了方便轉載機的靈活運移和轉動，
SZZl350/500型轉載機設有鉸接槽和拉移點。
3 礦用刮板輸送機主要結構件設計
刮板機通過鏈輪組件來實現其動力傳動[2]，因
此鏈輪組件的好壞直接影響刮板輸送機的性能。可
以通過多方面措施來提高鏈輪組件的性能。比如短
齒的抗壓強度比較大，可以利用短齒來增強鏈輪的
強度，實現鏈輪結構的優化。同時可以通過編程設計
來精確鏈窩的外形和尺寸。可以通過改善熱處理工
藝，來增強鏈輪組件的抗磨性能。同時為了方便鏈輪
組件的維修，選用德國格茨的浮動密封件，其承受變
形的能力大，裝配軸之間間距的改變比較簡單。通過
一系列措施的改進，來提高鏈輪組件的整體性能。
刮板輸送機中的鏈條傳動有兩部分組成，分別
是鏈輪組件、刮板鏈，這兩個組件中刮板鏈是傳動的
核心。刮板輸送機在井下運輸的距離比較長，并且運
輸煤的量很大，為了滿足上述兩個要求，設計了內徑
為48 mm、外徑為152 mm的圓環鏈和配套的鏈傳動
系統。圓環鏈有很好的靈活性，可以實現垂直面、水
平面上的彎曲變形。為了提高圓環鏈的強度和彎曲
的靈活度，在圓環鏈主截面和圓形接觸截面之間增
加平滑的過渡結構。同時可以對熱處理工藝進行改
進，來增強環鏈的韌性。通過ANSYS 數值模擬，找到
刮板設計時的最大應力分布部位，然后設法降低甚
至消除。
為了方便刮板安裝，降低刮板刮卡，刮板的結構
使用雙向對稱模鍛。在熱處理工藝中，讓刮板中間和
兩端分別采用不同的工藝，其中后者應用中頻淬
火，通過這種方式來降低刮板使用中出現的磨損
情況。
中部槽是刮板輸送機的承重部件[3]，易和其接
觸物出現摩擦，因此極易因摩擦而出現磨損。并且作
為承載部件，很容易因為大的負載而出現變形。根據
上述所示，為了保證刮板機穩定使用，中部槽要有良
好的抗磨性能以及抗變形的強度。
中部槽的底部作為一個整體，采用鑄焊封底，中
部槽的兩邊則采用強度比較大的新型材料。為了防
止材料因焊接出現強度下降，中板的搭接方式運用
能用機械化焊接的U 型搭接，同時為了進一步提高
焊口的精度，增加其使用年限，還需要對焊接后的槽
體進行整體加工。通過對中部槽整體受力分析，找到
受力過大易發生損壞的部位，進行加固。通過合理計
算，使得銷軌、軌座等之間的裝配公差更加合理，通
過對中部槽的一系列優化措施，使得其核心部位的
有較高的安全系數。
刮板輸送機運用交叉側卸式的機頭，來降低卸
煤高度和卸煤過程中產生的阻力。同時為了方便維
修轉載機上的鏈條，機頭架的中板設有天窗。采用防
脫落片啞鈴聯接結構來增強機頭架與過渡槽兩者之
間的強度。為了讓卸煤過程更加流暢，可以通過以下
措施進行改進：擴大主要卸煤口的尺寸、優化犁煤板
的形狀與結構。同時為了增加刮板輸送機的使用年
限，要避免刮板與中板發生接觸和碰撞。為了防止輸
送機和轉載機的鏈條相互纏繞而發生故障，鏈條安
裝方式應用多孔交錯的方式。研究設計的刮板機機
頭部的三維模型如圖1所示。
刮板輸送機尾部的伸縮結構可以實現自動化，
刮板機機尾架電控系統的功能很多，首先可以控制
機尾架的伸縮功能、電液控制系統同時還可以控制
位移和壓力傳感器指令。尾部的伸縮功能就是電控
系統利用指令來控制液控系統實現的。自動化的電
液控制系統可以根據輸送機實際運行情況，來及時
調整鏈條的張弛程度，進而改善鏈條受力情況，減少
不必要的磨損，提高使用年限。為了在一定程度上防
圖1 刮板機機頭部三維示意
于2018 年第 8期 之龍：交流變頻技術在礦用刮板輸送機設計中的應用 ·199·
止刮板機尾部鏈條發生刮卡，尾部的鏈條適宜使用
有抗撞功能并且傾斜角比較小的壓鏈體。通過對薄
弱部位結構的優化，來增強輸送機的穩定性。
4 結語
對于刮板輸送機的設計選型及其主要構件的設
計，應充分考慮各煤礦的具體情況，使其合理，滿足
生產需要。本設計通過聯合交流變頻技術、自動恒壓
緊鏈裝置等實現了對刮板運輸機的智能控制。
參考文獻
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[3] 趙運望.煤礦刮板輸送機特點及應用維護[J].科技創業家，2014
（5）：82-84． （編輯：趙婧）
Design of Mine Scraper Conveyor
Yu Zhilong
（Shanxi Xinjing Coal Industry Co., Ltd., Yangquan Shanxi 045000）
Abstract: Based on AC frequency conversion technology, the type selection and design of a mine scraper conveyor are
carried out, and the loop chain, the middle slot, the scraper and the automatic tight chain device of the scraper
conveyor are designed. The research shows that the intelligent control of scraper conveyor can be realized by the joint
AC frequency conversion technology and automatic constant pressure and tight chain device.
Key words: scraper conveyor; AC frequency conversion technology; automatic constant pressure tight chain device;
intelligence
巷道圍巖穩定、塑性區范圍小，僅1305運輸順槽巷道
頂板略有剪切破壞。
4 礦壓觀測
對采取措施后的1305 運輸順槽的兩幫及頂底
板收斂進行了表面位移觀測，巷道圍巖基本穩定，頂
底板收斂55 mm、兩幫移近73 mm。觀測結果與實測
值基本吻合，研究結果表明數值模擬能為巷道圍巖
穩定性評判提供很好的依據。
參考文獻
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[2] 陳漢宇.大斷面全煤盤區風橋設計與施工[J].煤炭工程，2010
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[D].淮南：安徽理工大學，2014.
（編輯：王瑾）
圖1 風橋鋪設工字鋼和風橋段空間關系示意圖（mm）
圖2 風橋段空間關系模擬示意圖
圖3 風橋段巷道開挖塑性區分布
Design and Stability Analysis of a Wind Tunnel in a Mine
Ma Jianyu
（Sanyuan Zhongneng Coal Mine of Shanxi Jinneng Group, Changzhi Shanxi 046605）
Abstract: This paper introduces the design, construction measures and steps of the wind bridge at the crossing
position along the channel, and simulates and analyzes the numerical value of the stability. The measured results of
mine pressure show that the support design can meet the stability of roadway rock in wind bridge section.
Key words: wind bridge; transportation trough; anchor mesh cable; concrete support; numerical simulation
混凝土澆筑墻
25號工字鋼
11號工字鋼
一采區回風巷
25 號工字鋼
25號工字鋼
25號工字鋼
1305 運輸順槽
400
500 5 000
6 000
混凝土澆筑墻
500 5 000
6 000
1305 運輸順槽
一采區回風巷
Y X
Z
Y X
Z
（上接第14 頁）
機械管理開發 第 33 卷
jxglkfbjb@126.com
·200·

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