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刮板输送机自动伸缩机尾的理论初探
发布时间：2013-06-14 07:55 来源：未知
刮板链以其特定的弹性、极高的承载能力以及良好的挠性，成为井下工作面刮板输送机无可替代的牵引机构。刮板链有很强的适应性，最主要的是它能随着不断变化的工况通过弹性形变随机进行“自身调节”，以适应瞬时出现的负荷状态。刮板链始终是在机头、机尾所限定的长度范围内以“弹性伸缩”的方式运行。而这种随负载和铺设状况自行发生的弹性伸缩，如果超出刮板输送机链轮正常驱动所允许的范围，恰恰是导致其发生运行事故的重要因素。如果伸长量过大，会造成跳链、断齿以至�；�；伸长量过小会导致驱动功率剧增使刮板链与链轮过度磨损。为了保证工作面刮板输送机始终处于最佳运行状态，本文研究分析了刮板链自行弹性伸缩对其正常运行的影响，以及避免造成事故的解决途径。
一、刮板链运行中自行弹性伸缩对正常运行的影响
刮板链作为一弹性模量约为3 750—4 450kgf/mm2的弹性体，根据虎克定律，一旦承载，其各点就会按其固有的负荷一伸长特性曲线产生相应的弹性伸长变形：式中：δ一弹性伸长量；
α—一应力；
l-单元长度；
E一刮板链弹性模量。
由于采煤机割煤位置循环往复地变化，刮板输送机弯曲铺设状况也在不断地改变，运行中的工作画刮板输送机刮板链上各点的张力随其所处位置不断变化，因而各点变形伸长量也就不同，且不停地在改变。刮板链某点所受张力（应力）与其瞬时所处位置有关，如图1所示。当某点处于上链某处时，该点所受张力可按下式求得：
当某点处于下链某处时，该点所受张力为：
对于运量在2 000t/h以上、安装功率为2x700kW乃至3x700kW、链条规格2-‘p42x146、铺设长度250m的高产高效工作面刮板输送机，其整条刮板链满载运时总伸长量最大约为1.8m，而最小（空载）几乎为零。由式(2)和(3)可知，这主要是因为采煤机在往复行进中割煤位置不断改变、而使刮板输送机装煤长度（刮板链负载）也不断改变所造成的。刮板链运行中产生的这种伸长量如果超出刮板输送机正常运行所允许的范围，必将导致其与驱动链轮之间的运行事故。
二、刮板链伸长造成事故的解决途径
在高产高效工作面刮板输送机中，刮板链伴随着弹性变形要想与链轮正常啮合传动，必须满足如下2个条件：
1)正确紧链。以一与刮板链实际运行中某一特定载荷相适应的“当量”张力一即刮板链预紧力，把刮板链围包在刮板输送机机头、机尾链轮上，使刮板链对驱动链轮有一确定的预紧力。当外界载荷与所预加的“当量”张力两者所产生的刮板链变形伸长相近时，则预加于链轮上的预紧力为最佳，即呈通常所说的最小张力点的张力（图1中的F3，位于辅助驱动链轮的脱链处一机尾上链）为0—1 500N的最佳运行状态，从而保证正常啮合传动，所谓与刮板链实际运行某一特定载荷相适应的“当量”张力，即在刮板链静止而一端固定情况下，在另一端所施加的贯穿于刮板链2L全长的拉伸张力，它虽然与实际运行时对刮板链各点呈线性累积的载荷形式／F(x)d(x)不同，但两者所造成的刮板链伸长相等，故称之为“当量”。这里所谓的某一特定载荷，即采煤机恰在刮板输送机中间位置割煤时刮板链所承受的载荷。由此可知，刮板链预紧力可通过其负载运行中实际所承受载荷求得：
分析可知，刮板链预紧力实际就是其负载运行实际载荷的平均值。
但是，如上所述，刮板链伸长变动量很大，其对与链轮啮合传动的负面影响，仅仅用一个“当量于”张力进行紧链远远解决不了的。
2)研制自动伸缩机尾。通过改变2个链轮的间距，自动调节负载运行中刮板链的“松紧”。
三、自动伸缩机尾的动作响应和基本参数确定
1．自动伸缩机尾的主要组成部件及功能
自动伸缩机尾主要由机械部件和电液控制系统组成�；挡考泄潭ɑ布�，活动机尾架。电液控制系统有压力传感器，电液控制阀，中央处理器，油缸组件等。
采煤机上的采煤机割煤功率测试传感器及液压支架上的采煤机割煤位置（红外线）传感器，对负载运行刮板链的载荷实时监测，并把数据实时传输至中央控制器。布置于机尾附近支架或机尾架上的中央智能控制器——计算机，系自动伸缩机尾控制系统的核心部件，进行数据采集、基准数据储存及与测试数据比较和处理，进而对供液系统发出动作指令。电液控制系统控制油缸推动活动机尾架在固定机架上移动。位移和压力传感器，实时测量推移油缸行程和压力，并把数据传输至中央控制器。
2．自动伸缩机尾动作响应的判定依据
为保证自动伸缩机尾正确动作，首先应合理的确定刮板链负载运行基准载荷值，作为判定自动伸缩机尾是否应动作和如何动作的依据，并输入、储存在中央控制器一计算机内。该基准载荷对刮板链的伸长作用应与已施加在刮板链上的紧链力“当量”，从而使刮板链呈现最佳运行状态；该基准载荷的数值应为：以额定功率割煤的采煤机位于刮板输送机中间位置时对刮板链所造成的载荷。
由于采煤机割煤功率并非稳定，且割煤位置也不断变化，因此以采煤机额定割煤功率与采煤机位置1/2L乘积作为基准载荷值。当采煤机实际割煤功率×采煤机所在割煤位置L之值等于基准载荷值时，自动伸缩机尾不动作；反之，则应做出相应的动作响应。
3．自动伸缩机尾“伸缩”动作响应过程
当计算机所采集的采煤机实际割煤功率与割煤位置L之积大于预先设定的基准载荷值时，经过数据比较和处理，判断出载荷大小及其对刮板链所造成的有害的多余伸长，进而生成“推移”指令，通过电液（先导）控制器打开阀组，接通来自泵站的高压液进入油缸推移腔把机尾推出预定距离，并根据推移油缸行程和压力传感器所测及时反馈数据终止指令，进而自动完成伸出机尾、加大2链轮间距的动作。反之，则把机尾收缩至预定位置。自动伸缩机尾整个动作响应如图2所示。
4．自动伸缩机尾动作响应范围和频率
从理论上讲，自动伸缩机尾可根据刮板链实际载荷随机进行实时“伸缩”调节。但由于井下工况复杂，因此可把自动伸缩机尾动作响应范围按照刮板链负载运行实际载荷相对于基准载荷变化而划分成若干区段，一个区段系自动伸缩机尾的一个动作响应。
10m—0.5L为刮板链实际载荷大于基准载荷区域；0.5L-L-10m为刮板链实际载荷小于基准载荷区域。分别把它们按25%递增（减）量分成4档，即刮板链负载运行实际载荷相对于基准载荷的增量分别为(25%～50%。5%～100%)x( 10m—0.5L)x基准载荷，而减量为(25%～50%～75%~lOOqo)X( 0.5L～L～10m)×基准载荷。因此，自动伸缩机尾动作响应范围也就按此增减、分档而划分成相应4个区段，对应某个特定区段，自动伸缩机尾只作一个相应的动作。这样，’既可满足自动调节刮板链负载运行时松紧，保证其与链轮的正常啮合传动，又利于实施和系统布置。
5．油缸推力及行程
1)自动伸缩机尾布置于工作面刮板输送机机尾滑道上，在其链轮牵引刮板链（底链）的同时，又在千斤顶的推动下向外移动。其受力状况如图3所示。此时千斤顶的推力应为：
因F3 =0~1 500N，F2≈TVk，G为机尾重量—lOt，f为机尾架相对于滑道移动时的阻力系f≈0.5。故可容易求得千斤顶推力To但是，此推移千斤顶还往往用来紧链，故其推力还应满足T≥2 Fv的要求。式中，Fv为前面已谈到的刮板链预紧力（紧链力）。
2)因为刮板链负载运行中出现的伸长量AL可由式(4)求得，而自动伸缩机尾伸或缩所应调节的刮板链最大伸长量为0.75AL,故自动伸缩机尾千斤顶行程应为H≥0.75AL。当然，如果考虑用此油缸紧链，其行程需另行确定。
此处应说明的是，当油缸行程或其油缸压力超过预设范围时，控制系统应具有报警显示功能。
四、结论
通过上述计算和论证，可以得出以下结论：
1)工作面重型刮板输送机的理想张紧装置为自动伸缩机尾。
2)自动伸缩机尾动作响应的判定依据是额定割煤功率x0.5L。
3)工作面重型刮板输送机自动伸缩机尾的行程一般大于600mm。
