采面刮板輸送機優化設計與應用實踐研究

摘 要：32206采面斜長達到268m，現有的刮板輸送機功率較小，難以滿足生產需要，為此提出采用多種群遺傳算法對刮板輸送機中部槽回轉角進行優化設計，通過優選最佳回轉角達到降低刮板鏈運行阻力目的，從而降低刮板輸送機運行載荷。將回轉角由原由1°優化成40′后，刮板輸送機整體運行載荷降低約8%，在一定程度上降低了電動機、減速器等設備運行負載?，F場應用后，刮板輸送機未出現超載頻繁停機問題，可滿足32206采面煤炭運輸需要，優化設計取得顯著效果。

關鍵詞：刮板輸送機;中部槽;回轉角;載荷

山西某礦32206采面位于32采區北翼，主采2號煤層，采面南側為已回采完畢的32204采面采空區、北側為圈定的32208采面（回采巷道已完成掘進）、東側為采區邊界煤柱、西側為采區軌道、運輸上山。32206采面設計走向長690m、斜向268m，受到地質構造影響采面局部區域煤體破碎、容易出現頂板冒落、煤壁片幫。由于采面斜長達到268m，對現場布置的刮板輸送機運行性能有較高要求。根據采面生產實際情況，刮板輸送機中部槽寬度應在1000mm以上，電動機功率應能達到1000kW，方可滿足現場運輸需要，因此，相關設計咨詢單位建議采用型號SGZ1000/1400刮板輸送機，若采用該型號刮板輸送機則采煤機、液壓支架等均應更換，會顯著增加礦井經濟負擔。為此，礦井決定對現有的SGZ800/800窄槽刮板輸送機進行優化改進設計，以期能滿足采面生產需要。

1 刮板輸送機運行中存在問題分析

在32206采面采用SGZ800/800窄槽刮板輸送機使用過程中存在問題主要為[1]：①刮板輸送機運輸能力不足，配套使用的電動機輸出功率較小，不能滿足采面煤炭運輸需要;②由于刮板輸送機布置距離較長（具體達到272m），運行過程中產生的工作阻力較大，運輸效率較低;③刮板輸送機若處于重載時則啟動較為困難，容易出現壓溜問題;④刮板輸送機在使用過程中存在明顯的沖擊問題，容易造成刮板鏈斷裂，給刮板輸送機后續正常使用帶來不利影響;⑤刮板輸送機在使用過程中減速器、電動機等設備常處于超負荷運行，會增加設備運行溫度、增加設備故障率及降低使用壽命。

以上運行過程中存在問題若不能得到有效解決勢必會產生如下后果：刮板輸送機會頻繁的停機保護，無法確保采面正?；夭?電動機、減速器等設備需要頻繁進行維護甚至更換;刮板中部槽、刮板鏈等零部件損耗量顯著增加。因此，需要對刮板輸送機進行針對性優化設計，確保刮板輸送機可滿足現場使用需要。

2 刮板輸送機中部槽受力分析

刮板輸送機空載狀態時消耗的功率約為總功率的30%，設備運行時需要克服的工作阻力主要為刮板鏈、煤矸石等在刮板槽內移動阻力;刮板鏈在空回段移動阻力;刮板鏈在機頭、機尾處阻力;刮板鏈傳動裝置運行阻力以及刮板機中部槽在彎曲段給刮板鏈產生的側向阻力。其中刮板輸送機運輸煤矸時的阻力是刮板輸送機運行時主要阻力，當刮板輸送機彎曲度過大時會增加刮板輸送機阻力。 刮板輸送機在運行過程中會產生彎曲。

在刮板輸送機運行過程中需要隨著采煤機回采推移，從而在水平方向形成移動的弧度，弧度大小會直接影響刮板鏈與中部槽幫間摩擦力。具體有一定弧度的刮板輸送機見圖1所示。

從圖1看出，在刮板輸送機運行環境保持不變情況下，刮板輸送機兩臨近刮板槽間回轉角α'越大，則刮板鏈與中部槽幫間摩擦阻力越大，工作阻力消耗的刮板輸送機功率越多。在刮板輸送機總負載、刮板鏈摩擦系數不變時，兩臨近刮板槽間回轉角α'是影響刮板輸送機負載關鍵以上，選擇合理的回轉角α'可在一定程度上降低刮板輸送機運行負載并降低刮板鏈、中部槽等部件磨耗。

3 刮板輸送機優化設計

文中基于多種群遺傳算法對刮板輸送機中部槽間回轉角α'進行優化，降低刮板輸送機負載。根據以往研究成果，采用MPGA、SGA兩種遺傳算法對刮板輸送機中部槽回轉角α'二元函數（公式1）進行求值，（下轉第197頁）（上接第195頁）具體計算結果見表1、表2。

通過對比表1、2，采用MPGA遺傳算法時獲取到的求值結果更為穩定，文中采用MPGA（多種群遺傳算法）來替代SGA（標準遺傳算法）對刮板機中部槽間回轉角α'進行優化，最終確定α'取值為40′時刮板機摩擦阻力、設備磨耗等最小，且該角度彎曲的中部槽數量合適，不會給采面正常生產帶來不利影響。

4 現場應用分析

4.1 運行效果

將刮板輸送機中部槽間回轉角α'由1.0°優化至40′后，通過對刮板輸送機結構進行簡單改造后在32206采面現場應用，截止到2020年6月，優化后的刮板輸送機已平穩運行超過3個月，采面日平均進尺為1270mm、刮板輸送機日運輸量約為3300t。SGZ800/800刮板輸送機運行狀態平穩，中部槽、刮板鏈等設備均無異常磨耗，對刮板輸送機優化設計后輸送機在運行過程中負載得以顯著降低，從而在一定程度上降低電動機、減速器等設備負載，優化設計后的刮板輸送機可滿足32206超長工作面回采需要。

4.2 經濟效益

4.2.1 降低采面綜采設備投入

若將采面刮板輸送機更為SGZ1000/1050型刮板輸送機按照272m長度布置則需要投入約2050萬元，而對SGZ800/

800刮板輸送機優化設計后投入僅需1300萬元，可降低刮板輸送機投入約750萬元。同時采用SGZ800/800刮板輸送機時由于礦井已配備有大量的配件，在配件更新、維護方面投入也較小;采用SGZ1000/1050型刮板輸送機時所有的零配件均需另外購置。

4.2.2 降低電能消耗

對刮板輸送機進行優化設計后，刮板輸送機運行過程中受到的載荷降低達到8%以上，綜合電能消耗減低約為6%，每月可降低電費投入約1.3萬元。

5 總結

①對32206采面采用SGZ800/800刮板輸送機使用時存在的問題進行分析，主要問題是電動機、減速器頻繁超載，從而制約該刮板輸送機在采面使用;②對刮板輸送機運行過程中受力情況分析發現，通過優化刮板輸送機中部槽間回轉角可在一定程度上降低刮板輸送機運行負載，從而降低電動機、減速器載荷;③采用多種群遺傳算法對中部槽間回轉角進行優化，最終將回轉角1°優化至44′，優化后的刮板輸送機總體載荷降低約8%，可在一定程度上降低電動機、減速器載荷，確保刮板輸送機在采面平穩運行。

參考文獻：

[1]張俊杰.關于SGB4318型刮板輸送機驅動鏈輪的仿真與優化[J].機械管理開發，2020，35（09）：53-55.

作者簡介：

索紅武（1975- ），男，山西屯留人，1999年7月畢業于陽泉煤專，煤礦機電專業，?？?，現為助理工程師。