刮板输送机设计论文(上)

摘要

刮板输送机是用刮板链牵引，在槽内运输散料的输送机，是为采煤工作面和采区巷道运煤的机械。刮板输送机是煤矿使用量最大、消耗量最多的重要设备，是煤炭装运的第一个环节，很大程度上决定了采煤工作面的的生产能力和效率，由于我国的刮板输送机技术水平与国际水平相差太大，因此研究制造自己的高产高效输送机迫在眉睫。本次设计了中单链刮板输送机，先对其进行了总体结构设计。其中包括机头部、中间槽、机尾部三部分。机头部由机头架、电动机、减速器及链轮等件组成。中部由过渡槽、中部槽、链条和刮板等件组成。机尾部是供刮板链返回的装置。此次设计的中单链刮板输送机结构简单，弯曲性能好，链条受力均匀，溜槽磨损小。

关键词：刮板输送机，机头部，链条，刮板

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Abstract

Scraper chain conveyor is traction in the tank conveyor bulk materials transport, is the coal face and the coal mining area of roadway machinery. Scraper largest coal mining use, consumption the most important equipment is a part of the first shipment of coal, largely determine the coal face of the productivity and efficiency, due to the scraper conveyor technology level and international level by very much, so its high yield and efficiency of manufacturing conveyor imminent. This design is selected in the single-chain conveyor, the overall structural design was carried out. Including the machine head, the middle slot, and machine tail of three parts. Machine head by the head frame, motor, sprocket and other parts reducer and composition. Middle of the transition slot, the central groove, such as pieces of chain and scraper formed. Aircraft tail is to return the device for scraper chain. The design of single-chain conveyor is simple, good bending properties, the chain force uniform, wear a small chute.

Key words: head of the chain ，scraper ，conveyer ，scraper

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目录

1引言..................................................................................................................... 1 2 方案论证............................................................................................................ 3 3 刮板输送机的整体设计计算............................................................................ 4

3.1运输能力................................................................................................. 4 3.2 运行阻力................................................................................................ 4

3.2.1 直线段的运行阻力.................................................................... 4 3.2.2 绕经曲线段的阻力.................................................................... 6 3.2.3 牵引链的动负荷........................................................................ 8 3.2.4 总运行阻力.............................................................................. 11 3.3 电动机功率.......................................................................................... 11 3.4 圆环链的计算...................................................................................... 11 3.5 刮板链的安全系数.............................................................................. 12 4 传动系统............................................................................ 错误!未定义书签。 5 结构设计............................................................................ 错误!未定义书签。

5.1 机头部.................................................................... 错误!未定义书签。

5.1.1 机头架........................................................ 错误!未定义书签。 5.1.2 减速器........................................................ 错误!未定义书签。 5.1.3 盲轴............................................................ 错误!未定义书签。 5.1.4 电动机与减速器的联接............................ 错误!未定义书签。 5.1.5 电动机........................................................ 错误!未定义书签。 5.2 机尾部.................................................................... 错误!未定义书签。 5.3 中部槽及附属部件................................................ 错误!未定义书签。 5.4 紧链装置................................................................ 错误!未定义书签。 6 传动部件及其零件的设计................................................ 错误!未定义书签。

6.1 圆环链链环的结构和规格.................................... 错误!未定义书签。 6.2 圆环链接链的结构形式........................................ 错误!未定义书签。 6.3 圆环链链轮的几何计算........................................ 错误!未定义书签。

6.3.1 圆环链链轮的齿形参数............................ 错误!未定义书签。 6.3.2 圆环链链轮的齿形设计............................ 错误!未定义书签。 6.4 链轮连接................................................................ 错误!未定义书签。 6.5 圆环链和链轮的啮合特性.................................... 错误!未定义书签。

6.5.1 圆环链和链轮的啮合分析........................ 错误!未定义书签。 6.5.2 圆环链和链轮的出点啮合特性.............. 错误!未定义书签。 6.5.3 实现入点啮合的设计要求........................ 错误!未定义书签。 6.6 圆环链链轮的技术条件........................................ 错误!未定义书签。

6.6.1 圆环链链轮的材料和热处理.................... 错误!未定义书签。 6.6.2 圆环链链轮的工艺技术要求.................... 错误!未定义书签。 6.7 圆环链链轮的几何计算........................................ 错误!未定义书签。 6.8 刮板........................................................................ 错误!未定义书签。

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6.8.1 结构形式的确定........................................ 错误!未定义书签。 6.8.2 外形尺寸的确定........................................ 错误!未定义书签。 6.9 刮板的间距............................................................ 错误!未定义书签。 6.10 刮板与链条的连接.............................................. 错误!未定义书签。 7 技术经济分析.................................................................... 错误!未定义书签。

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1引言

用刮板链牵引，在槽内运送散料的输送机叫刮板输送机。在当前采煤工作面内，刮板输送机的作用不仅是运送煤和物料，而且还是采煤机的运行轨道，因此它成为现代化采煤工艺中不可缺少的主要设备。刮板输送机能保持连续运转，生产就能正常进行。否则，整个采煤工作面就会呈现停产状态，使整个生产中断。

刮板输送机的工作原理是，将敞开的溜槽，作为煤炭、矸石或物料等的承受件，将刮板固定在链条上（组成刮板链），作为牵引构件。当机头传动部启动后，带动机头轴上的链轮旋转，使刮板链循环运行带动物料沿着溜槽移动，直至到机头部卸载。刮板链绕过链轮作无级闭合循环运行，完成物料的输送。

刮板输送机的优点:

1) 结构坚实。能经受住煤炭、矸石或其他物料的冲、撞、砸、压等外力作用。 2) 能适应采煤工作面底板不平、弯曲推移的需要，可以承受垂直或水平方向

的弯曲。

3) 机身矮，便于安装。 4) 能兼作采煤机运行的轨道。 5) 可反向运行，便于处理底链事故。 6) 能作液夜支架前段的支点。 刮板输送机的缺点:

1) 空载功率消耗较大，为总功率的30%左右。 2) 不宜长距离输送。 3) 易发生掉链、跳链事故。 4) 消耗钢材多。成本大。

目前，随着采煤工作面生产能力的不断增大，刮板输送机主要发展趋势是： 1) 大运输量。国外先进采煤国家已经发展到小时运输能力高达1500t（80年

代）3500t（90年代）的刮板输送机。

2) 长运输距离。为了减少采区阶段煤柱的损失量，加大工作面的长度，刮板

输送机的长度已经达到335米以上。

3) 大功率电动机。电动机的功率已发展到单速电机达525kW，双速电机

500/250kW。

4) 寿命长。由于使用大直径圆环链，增加了刮板链的强度，延长了刮板输送

机的寿命，整机过煤量高达600万吨以上。

1

本次设计选取了中单链刮板输送机，对其进行了总体结构设计。其中包括机头部、中间槽、机尾部三部分。此次设计的中单链刮板输送机结构简单，弯曲性能好，链条受力均匀，溜槽磨损小。其左右两侧对称，可以在两侧壁上安装减速器，以适应左、右采煤工作面的需要。另外，可以很容易将机尾改装成机头，而适应各种特殊情况。

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2 方案论证

刮板输送机链条在溜槽内布置方式，常用的有中单链、中双链及边双链。其特点分别是：

a. 中单链。刮板在溜槽内起导向作用，一条链条位于刮板中心。其特点是结构简单，弯曲性能好，链条受力均匀，溜槽磨损小。其缺点是过煤空间小，机头尺寸较大，能量消耗较大。

b. 边双链。链条和连接环起向导作用，链条位于刮板两端。其特点是过煤空间大，消耗能量小。其缺点是水平弯曲时链条受力不均匀，溜槽磨损较大。

c. 中双链。刮板在溜槽内起向导作用，两条链条在刮板中间，其间距不小于槽宽的20%，其特点是链条受力均匀，溜槽磨损小，水平弯曲性能好，机头尺寸较小，单股链条断时处理方便。缺点是过煤空间小，能量消耗大。

综上，中单链刮板输送机的特点是结构简单,事故少,受力均匀,运行平稳,摩擦阻力小,溜槽利用率高和弯曲性能好,在输送机上不易出现堵塞。缺点是预张力较大。中单链可弯曲刮板输送机系列适用于厚度在0.8米以上，倾角在 ±15°之间的缓倾斜工作面，也可用于顺槽及煤巷掘进面。本机主要适用于缓倾斜中厚煤层长壁式经济综采或高档普采的回采工作面，在放顶煤回采工作面应用也越来越多，可与采煤机、液压支架等设备配套，以实现回采工作面的落煤、装煤、运煤、支护和工作面的连续作业等。又考虑到所设计的刮板输送机的运输功率比较小和上述各种链型的特点，选用中单链型刮板输送机。

目前，刮板输送机的机头、机尾部采用螺栓连接，而连接螺栓强度不足，容易断裂，可靠性不高，为此，本次设计机头、机尾部采用焊接板式，这样可以减少螺栓连接不但可以提高可靠性，而且可以减少孔和螺纹的加工而减少工序，降低成本。另外，考虑设计的输送机运输量较低，功率比较小，因此，即使重载启动需要的电动机转矩也不会太大，电动机和减速器用弹性联轴器连接就可以满足要求，这样不使用液力耦合器，不但可以减小机头的体积和重量，也省掉了向工作面输送工作液等过程,减少了材料消耗和对环境的污染,没有因密封漏油而失效的问题，从而可以降低成本，提高经济性。

刮板链的强度问题一直是困扰国产刮板输送机的大问题。由于磨损、疲劳、自身质量差、锈蚀等原因,使新链条在使用3个月后断链事故明显增多。为此，链条将采用圆环链，既有利于降低机身高度,增大装煤量,又有足够强度。

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3 刮板输送机的整体设计计算

3.1运输能力

设计长度：L=40m，运输能力：Q=30t/h，链速：V=0.63m/s。按连续运行的计算公式，其运输能力为

Q3.6F （3-1）

式中运行物料的断面积F，与中部槽的规格及其承载能力有关。中部槽运行物料断面的上界限呈曲线形，形状与物料的性质、块度情况有关，需经实测确定，通常按等腰三角形计算，其底角取物料的堆积角，一般取20～30°计，按物料性质、块度情况选定。F按中部槽的尺寸由几何关系求得。由于刮板链占据一定空间，实际面积比F小一些，计算时要乘以小于1的装满系数。故运输能力按下式计算

Q3.6F （3-2）式中 Q——刮板输送机的运输能力，t/h；

F——中部槽物料运行时的断面积，㎡；

——装满系数；

——物料的散碎密度，kg/m3；

v——刮板链速，m/s。

由任务书知v=0.63m/s，刮板输送机的运输能力Q=30t/h；装满系数取0.9，

物料的散碎密度取900kg/m3。 由式（3-2）可得

FQ300.01633m2

3.63.60.99000.63根据所选链型，查《刮板输送机中部槽尺寸系列》，得中部槽尺寸：1200280125

3.2 运行阻力

刮板输送机运行阻力按直线段和曲线段分别计算。 3.2.1 直线段的运行阻力

沿倾斜运行的刮板输送机的重段直线段。运行时除了要克服煤和刮板链的运行阻力，还要克服煤和刮板链的重力。通常将它们一起计为总运行阻力。作为牵

4

引构件的刮板链，在重段直线段运行的总阻力为

Wzk (qq1)Lgcos(qq)Lgsin （3-3）

11刮板链在空段直线段的运行总阻力为

WqLg(cossin) （3-4）

式中 W——重段直线段的总阻力，N；

W——空段直线段的总阻力，N；

k11zkkq——中部槽单位长度上的装煤量，kg/m；

q——刮板链单位长度的质量，kg/m；

1L——刮板输送机的长度，m；

——煤在槽内运行的阻力系数；

——刮板链在槽内运行的阻力系数；

1g——重力加速度，m/s2；

——倾斜角度。

“+”“-”号的选取，该段向上运行时取“+”，向下取“-”。

阻力系数的数值，与煤的性质、刮板链型式、肿部槽型式、安装条件等许多条件有关。准确值需由实验得到，通常计算时，单链w取0.4—0.6，w1=0.3—0.4。

当机身在中部槽平面有弯曲段时，如图3-1。在弯曲段，刮板链沿槽帮滑行，相当于牵引链绕固定的圆弧导向体。这种情况下应按式（附-1）式（附-2）另计弯曲段的附加阻力。工作面用可弯曲刮板输送机是在这种情况下运行。弯曲段的中心角

可由几何关系求出。

2arcsinaL2a2 （3-5）

式中 ——相邻两节中部槽间的最大折曲角；

l——标准中部槽长，m； R——弯曲段的半径，m；

a——机身推移距离，m；

L——弯曲段全长，m；

WW——弯曲段中心角。

2f(e1)s3s2s23)2f(e1)s7s6s67)空段和重段两个弯曲段的附加阻力，由式（附-2）得

(2（3-6）

（3-7）

(65

式中 W(23)——空段弯曲段的附加阻力； ——重段弯曲段的附加阻力；

W(67)s2、s3、s6、s7图图3-1b中各点的张力；

f——刮板链与槽帮间的摩擦系数，可取为0.4； e——自然对数的底。

由于按理论推导的公式计算麻烦，而且实际情况多变，所以经常按直线段阻力的10%记为弯曲段的附加阻力Wfj。即

Wfj(WzkWk)10% （3-8）

qQ3013.2275kg/m13kg/m 3.6V3.60.631.05kg/m，L=40m,根据具体使用情况，

取w=0.5,w1=0.35,查圆环链表得q1取

10o，由式（3-3）、（3-4）计算得

WW估算弯曲段的附加阻力为

k70N3607Nzk

Wfj(WzkWk)10%0.1(360770)367.7N

则直线段的运行总阻力

Wz3607367.73974.7N

3.2.2 绕经曲线段的阻力

链条绕经链轮的阻力，由以下三部分组成：

a. 在链条与链轮的相遇点，当它由直线变成弯曲时，因链条的转折所产生的阻力W；

b. 链轮转轴上的摩擦阻力W；

c. 在链条饶出链轮的分离点，当它由弯变成直时，因链条的转折所产生的阻力W。

如图3-1示，设链条的张力，在与链轮的相遇点为sy；与链轮的分离点为sl。在相遇点由直变弯绕进链轮时，链轴上的摩擦阻力为

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Fsf1y1

（3-9）

式中 F1——相遇点链轴上的摩擦阻力，N

sfy——链条在相遇点的张力，N——链轴的摩擦系数。

1

图3-1 链条绕经链轮的阻力

把这个作用于链轴上的摩擦力F1，变位到链轮的节圆周上，即为链条转折弯曲的摩擦力给链轮旋转增加的阻力W。按作功相等的条件得

F1d21W1D 2 （3-10）

将F1以公式（1-17）代入，整理得

WsyfdD11 （3-11）

式中 W——链条由直变弯的阻力，N；

d1——链轴直径，mm；

D——链轮直径，mm；

——链条绕进链轮时，相邻两链节转折的角度。

同理可得，在分离点链条由弯变直，因链轴上的摩擦给链轮旋转增加的阻力为

Ws1fd1（3-12）

D

1式中： W——链条由弯变直的阻力，N；

S1——链条在分离点的张力，N。

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链轮转轴上的摩擦阻力，当链条的饶进和绕出两股平行时

F2(sys1)f（3-13）

式中 F2——链轮转轴上的摩擦阻力，N；

f——链轮转轴的摩擦系数。

把作用于链轮转轴上的摩擦阻力F2，变位到链轮节圆周上，即为转轴上的摩擦力给链轮旋转的阻力W。按力矩相等的条件得

dD（3-14） WF222 将F2以公式（3-18）代入，整理得

d（3-15）

D

式中 W——链轮轴上的摩擦阻力，N；

W(sys1)fd——链轮转轴的直径，mm。

由上分析得到，链条饶经链轮的阻力W1为

W又因 klllWWW(sysl)11fd11fdD（3-16）

fd1fdDyl（3-17）

（3-18） k(ss)W则

由于公式计算复杂，使用中经常根据经验按直线段的运行总阻力的10%记为绕经曲线段的阻力，即

WlWz10% （3-19）

则饶经曲线段的阻力为

Wl0.1Wz0.13974.7397.47N

则刮板输送机运行总静负荷Wj为

WjWlWz397.473974.74449N

3.2.3 牵引链的动负荷

把链条当作刚体，设链轮节圆的半径为R，链轮旋转的角速度为，如图图3-2a所示，为相遇点轮齿的圆周速度的瞬时速度，可以看出，

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与水平线的夹角，为链条水平运动

cosRcos（3-20）

角的大小，等于相遇点轮齿的半径与链轮纵轴线的夹角，这个夹角随链轮

的旋转变化，从在相遇点刚开始啮合时的0/2，逐渐减小到0，再逐渐增加到

0

/2。链轮继续旋转时，另一个轮齿在相遇点与链条啮合，链条的速度就随这

个新的相遇点轮齿的运动而变化。据此，式（3-20）中的变化范围为

00 22式中

0

为一个链节所对应的链轮的圆心角。

图3-2 链传动的速度分析

由此可知，即使链轮的角速度不变，链条的瞬时速度也是变化的，其速度特性如公式（3-20）所示，速度变化的周期为链轮旋转一个0/2

。链条速度变化

曲线日图图3-2b，链速的变化范围 RcosR由于链速的变化，链条

2运动中就有加速度，链条运动的加速度为

dv2（3-21） aRsindt 链条运动的加速度也随角变化，其变化范围为

R2sin0aR2sin0

22加速度变化曲线见图图3-3b。可以看出，链条在相遇点啮合开始时的加速度最大，随链轮旋转，加速度逐渐减到0，然后达到最大负值，到另一个链轮啮

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合时，链条运行的加速度，由最大负值突变到正最大值。加速度变化周期也是链轮旋转一个

0

角所需时间。最大加速度的绝对值为

a由链轮的几何关系得

maxR2sin0（3-22）

2

lsin0（3-23）

22R

将式（3-28）代入式（3-27）得

amax1（3-24） 2l2

式中 amax——链条最大加速度；

——链轮旋转的角速度； l——链节距； R——链轮分度圆半径。

有以上分析可知链条是作变加速运动的。有加速度就有惯性力，因此，链条在运动中，不仅受静负荷，还受有动负荷，并且是周期性动负荷。加速度为正，惯性力的方向相反，动负荷使链条的张力增加；加速度为负，惯性力的方向与运行方向相同，动负荷使链条的张力减小。 链条实际所受的最大动负荷按下式计算

Wd22Mamax(Mamax)3Mamax（3-25）

实际上，链条不是刚体，在张力作用下它有变形。刮板输送机用的圆环链，其刚度视不同规格为（2～6）×107N。

作为弹性体的链条，链轮传给它的牵引力，不能同时作用在整条链子上，而有一定的传播速度，也不是整条链子都是一个相同的加速度。因此，式（3-25）只可用在链子很短的情况。对于弹性链，只要不在共振条件下运行，链条所受的最大动负荷，比用此式计算的要小。

输送机的刮板链，目前近似的按静负荷的20%计算。则动负荷为

Wd0.2Wjing0.24449889.8N

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3.2.4 总运行阻力 综上可得总运行阻力

Wzong为

WzongWjWd889.844495339N

3.3 电动机功率

在驱动轴上的功率P0为：

P0Wzongv1000 （3-26）

其中为传动装置效率，取0.8 则计算得

P053390.634.2KW

10000.8考虑到采区的电压降以及难以准确计算的额外阻力，实际配备的电动机功率应比P0增加15%——20%的备用量。 则电动机功率

P1.2P01.24.25.04KW

又考虑有时可能倾角大于10度或其他原因使工作阻力偏大，固选择电动机功率为7.5KW。

3.4 圆环链的计算

圆环链在工作时受拉伸和弯曲，环内应力状况复杂，理论计算较困难。因此，圆环链通常按最大牵引力Fmax选择，即： 单链牵引时 FmaxSdKn （3-27）

双链牵引时 Fmax2KnSd （3-28）

式中 Sd——圆环链的最小破断负荷，N；

——双链牵引时的不均匀系数，一般取0.85；

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Kn——安全系数，采煤机用的圆环链， 刮板输送机用的圆环链，取Kn3.54.5。 由式（3-27）得

SdFmaxKn （3-29）

取 Kn4.5

则 SdFmaxK5.3394.524KN

n查表选择圆环链为：1040 B级

3.5 刮板链的安全系数

安全系数是链条破断拉力与最大张力之比。则刮板链的安全系数为

单链 nsdWzong （3-30）

式中 n——链条的安全系数，一般n>3.5

查得Sd110KN

n

sdWzong110205.339

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