刮板输送机研究现状

刮板输送机研究现状中国是世界第一产煤大国，也是煤炭消费大国。

煤炭在我国能源产业和消费结构中占70％左右，是我国首屈一指的战略性能源，煤炭行业已经成为国民经济高速发展的重要基础[1-2]。

根据2002年国土资源部《全国矿产资源储量通报》公布的数据显示：我国煤炭基础储量3340.88亿吨，资源量6860.62亿吨，居世界第一；可开采储量达2040亿吨，居世界第二。

这种形势要求我国煤炭工业维持巨大的生产规模，煤炭工业的出路在于机械化、自动化、智能化。

因此，服务于煤炭生产的煤矿机械设备，成为推进我国煤炭工业现代化和技术进步的关键产业。

刮板输送机是现时段煤矿机械中最关键的设备之一，是煤炭装运的第一个环节，在很大程度上决定了采煤工作面的生产能力和效率。

因此，研究高可靠性、高智能化的刮板输送机显得尤其重要。

1．刮板输送机简介采煤机工作面刮板输送机是由德国人于1940年发明的；50年代中期，与工作面刮板机配套的液压支架在英国研制成功后，与滚筒采煤机一起，形成采、支、运三机配套的综采设备。

综采技术是长壁采煤系统、支护、采煤、装载、运输及整体推进等作业全部机械化的生产技术，国外通称为长壁工作面全盘机械化（Full Mechanizanon of Lonswall Face）。

在近半个世纪的发展历程中，它创造和保持了多项世界纪录，是当今世界最先进的井下开采技术，近几年在新技术革命影响的推动下，正发生着变革性的进步。

目前全自动化无人采煤工作面的综采技术，是美、德等国科研工作的重要内容。

综采设备是综采技术的核心部分，工作面刮板输送机是关键的综采设备之一。

由于工作面刮板输送机圆环链条和中部槽的可弯曲性，使得刮板机能适应底板起伏变化，可整体弯曲前移，因而成为不可替代的综采输送设备，并发展至今。

刮板输送机作为煤矿工作面运输设备，不仅担负着运煤的作用，而且作为采煤机的运行轨道、液压支架的推移支点，还要悬挂工作面设备的电缆、水管等。

所以，刮板输送机的可靠、稳定、高效运行将直接影响着矿井的生产能力和煤矿企业的经济效益。

刮板输送机的工作原理是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。

1.1国外刮板机发展现状目前世界上生产刮板输送机的国家主要有德国、美国、英国、澳大利亚、日本等，机型从轻型、中型到重型、超重型，装机功率已达到3×750 kW。

保护形式有弹性联轴器、限矩型液力耦合器、双速电机、调速型液力耦合器、软启动等。

20世纪80年代后期以来，刮板输送机技术发展可概括为“三大（大运量、大运距、大功率）、二重（重型溜槽、重型链条）、一新（自动监测新技术）”[3]。

大运量：目前已出现运量4000 t/h以上的重型刮板输送机。

相应的溜槽宽度从730~764mm增大到980~1100mm以上，链速从1m/s左右提高到1.3~1.4 m/s 以上，最高链速已达到1.78m/s。

长运距：目前英、美、德等先进采煤国均已有超过300m长的采煤工作面和刮板输送机，最长的刮板输送机已超过380m。

链条布置形式也相应的从双边链和单边链过渡到以双中链为主，已出现准46~52mm的链子。

国外专家研究认为，从设备投资、掘进通风、运营成本、维修搬家等因素综合考虑，工作面以及刮板输送机的长度在250m左右时，技术经济指标最为合理。

大功率：目前实际运行的刮板输送机单台电动机最大功率已超过700 kW，减速器传动比i=1：40。

供电电压也从1000V左右升高到2300V，3300V，4160V或5000V。

长寿命与高可靠性：目前重型刮板输送机整机过煤量已达400~600万t（相当于运行3~4a），准300mm以上链条为200~300万t（相当于运行1~2a），链轮为100～150万t（相当于运行1a左右），减速器设计寿命约为12500~15000 h，接链环的疲劳寿命已达到70000次以上。

1.2国内刮板机的发展现状20世纪50年代SGD－11型、SGB－11型刮板输送机在各大煤矿企业被广泛使用，但因不能横向弯曲自移，需在工作面推进后，将其拆卸搬运至下一工作位置后再重新安装方能使用，不但耗时长，而且搬运劳动强度大；另外，还存在自身强度不足、功率较小等问题，致使超载事故频频发生。

随后，SGD－11型、SGB －11型刮板输送机逐步被SGD－20型和SGS－30型刮板输送机取代，工作面的生产能力有所提高。

但该机型仍不能实现弯曲自移，还需人力搬运，而且该刮板输送机与煤壁的距离较远，需要人力攉煤。

1964年我国自行设计和研制出第一台SGW－44型圆环链可弯曲刮板输送机，实现了工作面的连续输煤。

20世纪70年代，随着采煤工作面长度不断增加，工作面产量亦日益提升，为普遍适应煤矿大力发展机械化采煤的需求，煤机企业投入更大力量研究和开发新型的刮板运输机，先后研制出SGW－150，SGW－180、250等产品。

八九十年代，我国煤机行业不断学习和吸收国外(比如JOY公司)的先进设计思想并改进制造工艺，使得我国刮板输送机的技术水平大幅度提高。

例如，山西煤矿机械制造有限责任公司自主研究开发的SGZ1250 /2×1200型刮板输送机，设计长度320m、输送量3750t /h；中煤张家口煤矿机械有限责任公司自主研究开发的1350系列刮板输送机，设计长度400m，输送量4000t /h；石家庄煤矿机械有限责任公司自主研究开发的SGZ1000 /1400型刮板输送机，设计长度250m，输送量2500t/h。

我国自主研发的各类轻型、中型、重型及超重型刮板输送机已经普遍应用于国内井下工作面，担负着煤炭输送的重任，彻底改变了最初我国刮板输送机依赖进口的被动局面[3-6]。

2刮板输送机结构分类目前，煤矿用刮板输送机的类型很多，按牵引链的结构形式分为双边链、双中链和单链3种。

双边链是目前国外使用得最广泛的结构形式，与单链相比其优点是预张力较低，能承受较大的张力，链条充满上下溜槽两边的槽帮链道并可自行清扫链道积煤；缺点是溜槽磨损较大、两条链子受力不均、在链轮处易跳链、弯曲性能差、断链事故多等。

其特点是将两条相同直径的链条并列布置在溜槽中心，与双边链相比，这种结构形式的链子受力均匀，弯曲性能好，使用性能也较好。

其特点是结构简单、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。

2.1双边链刮板输送机双边链是目前国外使用得最广泛的结构形式，与单链相比其优点是预张力较低，能承受较大的张力，链条充满上下溜槽两边的槽帮链道并可自行清扫链道积煤；缺点是溜槽磨损较大、两条链子受力不均、在链轮处易跳链、弯曲性能差、断链事故多等。

2.2双中链刮板输送机其特点是将两条相同直径的链条并列布置在溜槽中心，与双边链相比，这种结构形式的链子受力均匀，弯曲性能好，使用性能也较好。

2.3单链刮板输送机其特点是结构简单、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。

3刮板输送机技术研究现状刮板输送机是现时段煤矿机械中最关键的设备之一，是煤炭装运的第一个环节，在很大程度上决定了采煤工作面的生产能力和效率。

因此，对刮板输送机的研究是保证煤矿高产高效的重要前提。

3.1监测技术研究现状赵晋岭[7]分析了刮板输送机在高产高效矿井中易产生的故障位置和现象，提出了采用刮板输送机故障在线监测系统，及时发现故障地点并进行维修的方法，避免了因维修不及时造成的生产损失，保证了采煤工艺的连续、安全和高效；同样地，席庆祥[8]建立了以减速器轴承温度，润滑油油温、油位，冷却水流量、压力，电机绕组温度、轴承温度等参数的基于PLC的综采刮板输送机的在线监测系统，为高产高效的自动化作业提供了基础；于林[9]针对刮板输送机断链监测问题，设计了一款专门监测断链的刮板检测传感器，用于监测上链和底链，测试运行状态良好；朱正中[10]研究了刮板输送机链条张力监测的理论和方法，为实现刮板输送机链条状态的实时监测提供理论依据；王建国[11]设计了错链故障监测装置，通过刮板机位移的同步性，监测、计算其运行状况，实现故障的提示和报警；中国矿业大学机电工程学院的张丽平、李威等[12]人，针对刮板输送机的传动系统设计了一套专门针对刮板输送机传动部的监测系统，主要实现了对传动部的电动机、减速器各个部件的实时监测；赵四海、周小意等[13]人，运用工业组态软件IFIX作为监控实验平台，结合PLC 技术，对刮板输送机电动机温度，减速器的高低速轴轴温及大小油池油温，油位进行数据采集、信号处理、传输、通讯和实时显示；等等。

3.2控制技术研究现状毛君[14]利用PID模糊控制器，设计了一种刮板输送机链条张力的自动控制系统，具有较好的适用性和稳定性；高小强[15]研究了刮板输送机生产过程中的负载特性，将模糊集合和PID控制思想应该到调速控制系统中，并采用回归神经网络在线调整PID控制器的参数，确保了输送机单位长度的载煤量，降低了能源损耗和设备磨损；陈君[16]设计了一个刮板输送机链条动态张力控制系统，根据载荷检测装置测量的链条张力值来控制张紧油缸的伸缩量，实现了链条张紧力随负载变化的自动控制功能，降低了链轮、链条的磨损程度和故障率；龚尚福[17]提出了一种基于滑模控制的刮板输送机链条张力控制方法来改善张力控制系统的动态特性，仿真结果表明动态特性好、鲁棒性和抗干扰能力强；陈卫兵[18]、刘世峰[19]等分析了综采工作面刮板输送机上窜下滑的原因，各自提出了刮板输送机上窜下滑的控制和调整方法；周书颖[20]研究了刮板输送机的负载特性，在双电机主从控制方式的基础之上引入模糊控制规则，以刮板链运行速度为控制对象，以单位长度载煤量为控制目标，实现了对刮板输送机载荷及速度的稳定控制；等等。

3.3软启动技术研究现状刮板输送机在与采煤机配套工作过程中，其装煤量随着采煤机的采煤速度和行进方向不断变化，范围从空载到满载甚至超载，且持续时间无规律。

在极不稳定的负荷状态下，刮板输送机经常发生卡链、断链、脱齿等故障，且经常在重载或超载下起动，另外，大功率刮板输送机普遍采用多机驱动方式，由于机头和机尾驱动部电动机、链条等结构及参数差异，导致多机驱动系统中各电动机功率分配失衡，负载波动，这些都对电动机造成一定的损害，严重时甚至烧毁电动机。

国内外均采用软起动方式的目的是为了减少刮板输送机起动过程中的动张力，并实现运行过程中多机负载均衡。

软启动装置以阀控充液式液力偶合器(TTT)、CST、变频器为主。