刮板输送机中部槽磨损问题分析与改进策略研究.pdf

试验研究DevelopmentNo.7,2023ManagementandMechanical2023年第7 期Total243总第2 4 3期机械管理开发D0I:10.16525/14-1134/th.2023.07.016刮板输送机中部槽磨损问题分析与改进策略研究韩煜斌（山西兰花科创玉溪煤矿有限责任公司，山西晋城048214)摘要：针对某煤炭企业使用的刮板输送机经常出现中部槽磨损严重的问题，借助EDEM仿真计算软件，完成了刮板输送机仿真计算模型建立，开展了刮板输送机运煤流程仿真，实践结果表明，中部槽磨损问题是由煤料、刮板链和中部槽共同造成的。提出了3种可以改进中部槽磨损问题的策略，通过调整刮板链张紧程度成功改善了中部槽磨损问题，中部槽使用寿命得到了提高。关键词：刮板输送机；中部槽；磨损问题；改进策略中图分类号：TD528.3文献标识码：A文章编号：10 0 3-7 7 3X(2023)07-0044-03引言煤炭资源掘进生产企业离不开刮板输送机，其是煤炭井下输送至井上地面的重要输送装备，备受煤炭行业的关注 1-2 。刮板输送机工作过程中动力装置驱动刮板链带动刮板连续回转运动，刮板经落入中部槽内的煤炭连续向前推送，实现煤炭的运输功能 3。运煤时刮板输送机中部槽服役条件极为恶劣，不仅会承受冲击载荷，还会承受煤炭的相对摩擦磨损，是刮板输送机极易出现故障的部件之一，一旦出现故障，将会导致煤炭渗漏污染巷道，增大刮板输送机结构件的磨损，严重情况下将会导致煤炭综采工作面工作停滞,给煤炭企业产生较大的经济损失 4-6 。因此，针对某煤炭企业使用的刮板输送机经常出现中部槽磨损严重的问题，借助有限元仿真分析方法，开展中部槽磨损问题分析与改进策略研究具有重要意义。1故障概述服役中的刮板输送机中部槽出现严重磨损的情况如图1所示。由图1可以看出，中部槽磨损较为严重的位置在中间承料位置，此处工作过程中工作条件最恶劣。进一步的磨损将会出现中部槽漏洞，导致煤炭输送过程中出现煤炭渗漏的情况，给煤炭企业造成经济损失。观察结果显示，本台刮板输送机中部槽相较于其他刮板输送机磨损较快，已经成为呕待解决的问题。因此，有必要进行刮板输送机中部槽磨损机理分析研究，进一步提出改进策略，对于提高刮板输送机中图1中部槽磨损实物部槽使用寿命，保证企业煤炭产量和效率意义重大。2价仿真分析2.1输送机建模运用SolidWorks建立刮板输送机三维模型，如图2所示，进行了简化处理，之后将三维模型导人EDEM仿真计算软件进行前处理，进行材料属性的设置。整个刮板输送机模型材质设置为钢，剪切模量数值为70MPa、泊松比数值为0.3、密度取7 8 0 0 kg/m。图2刮板输送机简化模型2.2煤颗粒建模刮板输送机运输的煤炭结构参数千差万别，不管是煤炭的颗粒直径还是形状都是不一样的，为了更好的建立煤炭模型，建模时选择具有代表性的煤颗粒形状进行计算。在EDEM仿真计算软件中进行煤颗粒模型建立，填充合适大小的球颗粒，如图3所示，煤颗粒直径数值为4 5 mm。之后进行材料属性设置,其中剪切模量数值为2 0 0 MPa、泊松比为0.3、密度数值为1500kg/m、颗粒质量为0.5 2 5 kg。2.3煤研石模型建立煤石模型建立的目的是模拟煤散料输送过程图3煤颗粒模型收稿日期：2 0 2 2-0 9-0 8作者简介：韩煜斌（19 9 1一），男，山西高平人，毕业于晋城市职业技术学院矿山测量专业，助理工程师，现从事煤矿安全管理工作。45韩煜斌：刮板输禁损题分析与改进策略研究2023年第7 期中的实际情况，使其对输送机的磨损仿真分析更加准确。煤散料中涉及岩石和其他物料,是刮板输送机中部槽磨损的主要颗粒物质。在EDEM仿真计算软件中进行煤颗粒模型建立，填充合适大小的球颗粒，如图4所示，煤研石颗粒粒径为6 0 mm。材料属性如下：剪切模量数值为5 0 MPa,泊松比为0.35，密度为2 6 0 0 kg/m。图4煤石模型2.4颗粒工程创建在EDEM软件中，颗粒工厂定义了仿真中颗粒生成的位置和时间。根据刮板输送机额定运量（0.3t/s)和调高范围(2 3.5 m）,确定在Creator的Geometry面板设置颗粒工厂的位置参数和个数，采用两个颗粒工厂生成两种不同参数的煤颗粒，每个颗粒工厂的位置坐标为（0,-15 0,2 0 0),大小尺寸为12 0 0 mm550mm。颗粒工厂运行方向与刮板同向，速度数值为0.13m/s，颗粒产生速率为0.3t/s,产生时间为8 s,均从0 时刻开始，生成颗粒的最大尝试次数为2 0 次，颗粒尺寸固定不变。2.5接触模型与参数设置仿真设计中使用Hertz-Mindlin(noslip）模型可以精确且高效地计算颗粒之间的接触与碰撞。仿真过程中各个物质之间的接触参数如下：煤煤之间静摩擦系数为0.6,动摩擦系数为0.0 5;煤钢之间静摩擦系数为0.4,动摩擦系数为0.0 5；煤煤研石之间静摩擦系数为0.5,动摩擦系数为0.0 5；石研石之间静摩擦系数为0.3，动摩擦系数为0.0 2；研石钢之间静摩擦系数为0.5，动摩擦系数为0.0 1；磨损常数设置为（0.8 4.1）10-12 m/N。3仿真计算3.1仿真参数仿真过程参数中直接从Rayleigh时间步长管理器中设置，之后转入软件自带求解器进行仿真时间设置，选择8 s为单次仿真时间分析中部槽磨损情况。仿真计算结果存储间隔选择0.0 1s，然后点击Esti-mateCellSize，系统会根据最小颗粒尺寸定义最合理的网格尺寸。设置完成，运行仿真。3.2运输流程完成刮板输送机输送物料过程仿真参数设置之后即可启动EDEM仿真计算软件进行仿真分析，调出仿真总体模型，如图5 所示。图5 中涉及的煤料中主要是煤颗粒和煤石颗粒，白色的属于煤研石，粒图5仿真模型径尺寸为4 5 mm,其余全部是煤颗粒,粒径尺寸为6 0 mm。仿真过程中煤颗粒颜色以其速度大小进行区分，其中蓝色速度最小，绿色居中，红色速度最大。模型中煤料下落至刮板输送机中部槽时速度达到最大，之后与中部槽内的煤料碰撞，速度变小。煤料跟随刮板迁移，出现煤料的振荡，煤料颗粒粒径会导致其在中部槽的分布情况，煤研石逐渐上移，煤颗粒向下沉，出现上述现象的主要原因是煤研石体积大于煤颗粒。由图5 还可以看出，在颗粒运动方向靠近刮板的区域煤颗粒分布较多，远离刮板的区域煤颗粒分布较少3.3仿真结果刮板输送机中部槽与煤料仿真计算完成之后提取中部槽磨损深度分布云图，如图6 所示，在刮板输送机运行稳定之后，移动中的煤料主要集中在中部槽，经过长时间的运输摩擦，刮板链位置的煤料压力最大，必将会导致中部槽出现凹槽磨损情况。由图1可知，中部槽实际工作过程中磨损区域也是集中在中部槽链道处，磨损形状为凹槽形，由刮板输送机运输流程可得，出现磨损问题主要是由煤料、刮板链和中部槽共同造成的。综上，仿真计算结果与实际磨损情况相吻合，得出了刮板输送机中部槽出现磨损问题的原因,对于进一步改进提高中部槽的使用寿命具有重要意义。Time:8.00001 sArchard Wear(mm)4.49e-0063.59e-0062.69e-0061.80e-0068.98e-0070.00e+000图6中部槽磨损仿真结果4改改进策略与应用通过仿真计算结果分析得出刮板输送机中部槽出现磨损是由煤料、刮板链和中部槽共同造成的，因此得出一下改进策略。第一是控制采煤机采煤参数，尽量得到均匀粒径的煤炭，避免较大粒径煤炭出现；第二是控制刮板链的张紧程度，避免中部槽链道处过早出现磨损；第三是提高中部槽位置的板料厚度或者Wlement AnalysisSimulation Analysis of Bel上接第4 3页(S(编辑：王婧）46第3 8 卷机械管理开发更换强度更高、耐磨性更高的材料制备。基于上述刮板输送机改善中部槽磨损问题的策略及实现难易程度，选择了调整刮板链张紧程度完成改进。后续应用结果表明，改进之后刮板输送机中部槽磨损出现的时间延长了约2 个月，使用寿命得到了提高，改进效果显著。5结语刮板输送机作为煤炭企业必不可少的输送设备，其工作的可靠性至关重要。针对某煤炭企业使用的刮板输送机经常出现中部槽磨损严重的问题，借助有限元仿真分析方法，开展了中部槽磨损问题分析，结果表明，中部槽出现磨损主要是由煤料、刮板链和中部槽共同造成的。之后提出了可以改进中部槽磨损问题的策略，选择调整刮板链张紧程度的方法进行改进，结果表明，中部槽磨损问题得到了改善，使用寿命提高了2 个月，对进一步提高刮板输送机中部槽使用寿命具有重要的参考价值。参考文献15史志远.刮板输送机中部槽关键部件磨损形貌及影响因素分析 .煤矿开采，2 0 16,2 1(5）：33-35.2温欢欢，刘混举.刮板输送机中部槽的磨损失效及报废条件探讨J.煤矿机械，2 0 12,33（7)：9 9-10 1.3陈祖向，王学文，王少伟，等.刮板输送机中部槽磨损量的影响分析 J.煤炭技术,2 0 17(2）:2 2 7-2 2 9.4胡元哲.刮板输送机中部槽磨损失效分析与抗磨措施 J.矿山机械,2 0 0 9(1):3336.5任宇轩，庞新宇，李博，等.基于正交试验的刮板输送机中部槽磨损试验研究 J.煤炭工程，2 0 19（11）：12 9-133.6柴金荣，叶磊，范兴帅，等.刮板输送机中板磨损性能的研究进展J.中国煤炭,2 0 18,4 4(12)：7 5-7 7;8 3.Analysis of Wear Problems and Improvement Strategies of the Central Groove ofa Scraper ConveyorHan YubinShanxi Lanhua Kechuang Yuxi Coal Mine Limited Liability Company,Jincheng Shanxi 048214,ChinAbstract:Aiming at the problem that the scraper conveyor used in a coal enterprise often has serious wear of the middle groove,thesimulation calculation model of the scraper conveyor was completed with the help of EDEM simulation calculation software,and thesimulation of the coal transport process of the scraper conveyor was carried out,and the results showed that the wear problem of the middlegroove is caused by the coal material,the scraper chain and the middle groove together.Three strategies are proposed to improve the wearproblem of the central trough,and by adjusting the tension of the scraper chain,the wear problem of the central trough is successfullyimproved and the service life of the central trough is increased.Key words:scraper conveyor;central trough;wear problem;improvement strategy合分析后，确定此优化方案具有较强有效性，可有效控制带式输送机运行中所产生的各类振动，避免机架出现共振情况，保障机架稳定性和可靠性。5结语经过有限元分析后发现，带式输送机机架结构的应力和应变分布情况会随着低阶振型的变化而出现一定改变，为能够有效应对此问题,不仅需要增加机架立杆的强度和刚度，还需要为带式输送机配置软启动装置和制动装置，降低带式输送机运行中所产生的低阶振动，避免机架产生共振情况，保障机架的稳定性和可靠性。参考文献1祁辰，孟文俊，赵建飞，等.压带带式输送机输送带有限元分析J.起重运输机械，2 0 2 1（13）：14-15.2张鹏飞，孟文俊，武福权，等.钢丝绳支撑波状挡边带式输送机输送带翻转研究及非线性模拟仿真 J.起重运输机械，2 0 2 0（4）：135-137.3杨正青，李鑫，孟文俊，等.带式输送机系统动力学仿真分析 J.太原科技大学学报，2 0 2 0,4 1（1)：6 6-6 8.4张传俊，张春芳，李艳华.基于带式输送机的设计及有限元分析系统模拟J】.兰州文理学院学报（自然科学版），2 0 2 0,34（2）：114-115.5李燕，毕建国.带式输送机机架的有限元仿真与结构模态分析 J.机械管理开发，2 0 2 0,35(6）：37-38.(编辑：王婧）t Conveyor Frame Structure Based on FiniteZhang Peng(Sanyuan Coal Company,Jinneng Holding Coal Group,Changzhi Shanxi 046000,China)Abstract:Based on the composition and types of belt conveyor frame,the most complex angle drive roller head frame is selected as theobject of study,the solid model of belt conveyor frame is constructed,and the simulation analysis is carried out by ANSYS software todetermine the influence of vibration pattern on the structural quality of conveyor frame.Based on this,the dynamic changes of the conveyorframe under vibration are analyzed and studied,and the causes of the frame deformation are finally determined,and the optimizationscheme is proposed.Key words:finite element analysis;belt conveyor;frame structure;modal vibration;ANSYS