刮板机链条安全系数计算方法比较与应用

王务峰，宋洪俊

(西山煤电股份公司 西曲矿选煤厂，山西　古交　030200)



刮板机链条安全系数计算方法比较与应用

王务峰，宋洪俊

(西山煤电股份公司 西曲矿选煤厂，山西古交030200)

摘要分析了西曲矿选煤厂706刮板机频繁发生断链事故的原因，通过应用两种高强度链条安全系数的计算方法对刮板机链条的强度分别进行了验算校核，并对两种不同的计算结果进行比较与分析，得出了传统方法计算过程繁琐且考虑因素不全面，计算出的安全系数可靠程度偏小。根据第二种方法的计算结果，结合生产现场实际情况，采用一套简单、经济、可靠、易行的技术改造方案，将其最大运输量由800 t/h提高到了1 200 t/h，提高了刮板机运行的安全可靠性，消除了断链事故，保证了安全生产。

关键词刮板输送机；安全系数；机械强度；逐点计算；超负荷

高强度圆环链是刮板输送机的关键性零件之一，同时又是刮板机最易出故障的部件。根据对西山煤电股份有限公司西曲矿选煤厂刮板机连续3年数据统计，断链、断环事故在刮板机事故中所占比重约为1/2， 事故处理不但时间长，影响生产，同时对工作人员人身安全也造成一定的隐患。

导致链条断裂的情况和原因很多，也很复杂。链条的强度和机械性能否满足现场实际要求，留有合适的安全裕度，满足规定的安全系数，是保证刮板输送机安全运行，预防链条断裂和分析链条断裂原因时的重要前提条件和主要考虑因素。

1706刮板输送机技术参数及使用情况

刮板机型号为XGZ-12. 槽宽B=1 200 mm，为该厂成品仓上精煤配仓刮板机，2001年投入使用，输送物料为精煤，粒度为0～50 mm，堆积密度为0.85 t/m3，含水分为11.5%；单层运输，链条速度为v=0.76 m/s；受料点在刮板机下层，距离尾轮中心线1.5 m. 刮板输送机长度为L=55 m，电机功率P=75 kW,减速机型号为NGWS113-1. 链条规格d1864，破断拉力Ta=275 kN，刮板机运输倾角为3°. 按照刮板机设计标准规定，其最大拉运量Q为800 t/h,平均为600 t/h，应该能满足该厂精煤运输量的需要，但在实际运行中却频繁发生断链事故。

2我国现在通用的链条安全系数计算公式

n=i×Sp×λ/1.2Smax≥3.5

式中：

n—链条安全系数，即n≥3.5时，链条强度满足要求；

Sp—单根圆环链破断拉力，kN；

i—链条数,XGZ系列刮板机为双链，取2；

λ—链条负荷分配不均匀系数，单链取1； 双链取0.833～0.91；

1.2—动张力系数；

Smax—刮板链的最大静张力，kN.

根据《运输机械选型设计手册》倾斜运输刮板机各点张力逐点计算方法，对706刮板机实例计算分析，对于XGZ-12型刮板机：

S1=8 000 NS2=S1+q0gLsf1-q0gHS3=1.1S2

S4=S3+q0gLsf1+qgLsw+(q0+q)gH

式中：

S1、S2、S3、S4分别为各点处链条承受的张力,见图1.

图1　706刮板机布置示意图

q0—单位长度链条质量,kg/m,d1864链条取31.25，d2286链条取38；

g=重力加速度，m/s2，取10；

Ls=Lcosα，α取3°；

f1—链条对铸石板摩擦系数，取0.3；

H=Lsinɑ，α取3°，L取55 m；

q—单位长度物料质量，kg/m；

q=Q/3.6v，Q取600 t/h,v取0.76，得q=219 kg/m.

w—物料对铸石板摩擦系数，一般取0.45～0.5.

经计算，得：

S2=12 250 NS3=13 475 NS4=85 962.44 N

Smax=S4=85 962 Nn=5.44≥3.5

由计算可知，706刮板机安全系数n>3.5，链条强度应该满足要求，与实际情况不符。

3推荐使用的链条强度校核公式

刮板输送机链强度验算公式为：

式中:

Kmin—刮板输送机链条最小安全系数，Kmin≥2时满足要求；

Ta—刮板输送机链条最小破断载荷,kN；

Tm—刮板输送机满载启动时链条最大拉力,kN；

Ta=ncTbKa

式中：

Tb—刮板输送机单股链条最小破断力，kN；

nc—刮板输送机链条根数,取2;

Ka—刮板输送机链条受力不均匀系数，中单链取1， 双链取0.85.

式中：

nb—刮板输送机电机启动力矩系数，取2.5；

P—刮板输送机电机总功率， kW，取75；

η＇—刮板输送机启动时总传动效率，NGWS减速取0.96；

Ta=ncTbKa=467.5 kN

经计算，得：

Tm=236.84 kNKmin=Ta/Tm=1.97<2

由第二种方法计算可知，706刮板机安全系数小于2，链条安全系数达不到要求，安全可靠度不够，应提高链条的规格型号。

4两种计算方法分析与比较

刮板机实际运行情况复杂多变，断链的主要原因是刮板链在运行中既要承受很大的静载荷，还要传递极大的动载荷，前一种载荷容易造成疲劳破坏，而动载荷则造成张力断链，另外还有腐蚀、磨损等因素。

通用的计算方法是根据输送量、输送机长度、摩擦系数、链速等因素，应用张力逐点计算法，得出链条的最大静张力。该值代表的是刮板链和货载的最大移动阻力，并考虑了链条拉力不均匀系数和动张力系数。

而第二种方法则是以第一种方法计算出的刮板链最大移动阻力为基础，选择输送机所需要的电机功率，然后用已选定的电机功率验算所选用圆环链的机械强度，即当电动机最大转矩全部施加到链条上时，安全系数是否足够。

第一种方法对刮板机满载启动、负荷突增对链条造成的冲击破坏，甚至瞬时超负荷运行以及溜槽杂物刮、卡等外在因素没有考虑。该厂在使用快开压滤机回收细粒精煤后，精煤上煤量虽然平均不超过600 t/h，但在煤质较好或4台快开同时排料时，瞬时上煤量可达1 100 t/h,刮板机甚至会出现物料回拉现象。因此，该方法不够全面、科学，使计算结果可靠程度减小。而在第二种计算方法当中，链条的安全系数随着输送机电动机功率值大小的不同而不同，并且该方法将链条的安全系数与电机功率和链速相联系，使计算出的安全系数比较符合客观实际。该方法为研究提高刮板输送机链条的可靠性，减少故障率提供了科学的理论基础，比较客观地反映了链条的安全裕度，而且计算结果与706刮板机实际工作情况能够相互印证。

因此，在刮板机出现链条频繁断链现象时，推荐运用第二种计算方法进行链条校核验算，并将其结果作为判断问题所在重要参考样因素。

5实践与技术改造

经过以上计算与分析可知，现使用的d1864轻型链条和连接环强度不足是导致该刮板机频繁发生断链断环的一个重要原因，应提高链条和连接环的规格型号。

假设选用中型d2286规格链条，其破断拉力Tb=380 kN；

Ta=ncTbKa=2×380×0.85=646 kN

Kmin=Ta/Tm=646÷236.84=2.72>2 ；安全系数>2，所以该链条满足使用要求。

技术改造方案如下：

1) 整体更换。

将该刮板机由XGZ轻型刮板机更换为MXGZ中型系列刮板机，链条为d2286，整部设备拆除后更换新设备，整洁美观，设备费用大约45万元，检修时间大约3天，少洗精煤1.8万t左右，给生产造成很大影响。

2) 局部改进。

对电机功率和头轮轴进行强度校核计算，不拆除更换刮板机中间槽体和滑道，不改变机头轮、机尾轮基础安装尺寸，只需将轻型11齿机头链轮和机尾轮更换为中型9齿头轮和尾轮，提前组装好联轴器，改造时更换全部刮板、链条、连接环和头轮组、尾轮组，停产一个白班即可完成技术改造任务，需材料配件约15万元左右。头轮改造前后示意图见图2，图3.

图2　机头链轮改造前示意图

图3　机头链轮改造后示意图

按照技术上先进、运行可靠、经济节约的原则，按第二种方案对706刮板机进行了改造，成功地将其由XGZ轻型刮板机升级改造为MXGZ中型刮板机，既提高了设备安全运行可靠度，消除了安全隐患，又加大了运送量，使用两年来，706没有再发生链条断裂事故。

6结束语

由于刮板机运行工作环境各异且复杂多变，因此，对断链、断环问题应具体问题具体分析，在对高强圆环链进行强度校核计算和研究使用方法的基础上，应该加强日常检查和维护，以预防事故发生，才能保证设备正常运行，取得更好的安全经济效益。

参考文献

[1]任文斗.运输机械设计选用手册下册[M].第1版.北京：化学工业出版社,1999:552-555.

[2]严国彬.选煤厂机械设备安装使用与检修[M].第2版.北京：煤炭工业出社,1993:242-251.

[3]纪中元.刮板输送机链条安全系数计算方法探讨[J].江西煤炭科技,2010(2):115-117.

[4]茆亮亮.刮板输送机刮板链的强度计算[J].煤炭科技,2009,28(5):11-13.

·技术经验·

(E-mail)1090182879@qq.com

Comparison and Application of Safety Factor

Computing Method in Scraper Chain

WANG Wufeng, SONG Hongjun

AbstractAnalyzes the reasons why 706 scraper conveyor chain rupture accident happened frequently in Xiqu coal mine preparation plant. Two kinds of high strength safety coefficient computing method are applied to check scraper conveyor chain strength, and the two kinds of different calculation results are compared and analyzed. Obtains that the calculation process of traditional method is cumbersome and consideration is not comprehensive, the reliability of safety coefficient is small. According to the calculation result of the second method, combines with the actual production situation of the field, uses a set of simple, economic, reliable, feasible technical transformation scheme, the maximum transport capacity increased from 800 t/h to 1 200 t/h, improve the safety and reliability of scraper conveyor operation, eliminate the broken chain accident, ensure safety in production.

Key wordsScraper conveyor; Safety factor; Mechanical strength; Point by-point calculation; Overload

中图分类号：TD528+.3

文献标识码：B

文章编号：1672-0652(2015)05-0017-03

作者简介：王务峰(1975—)，男，山西交城人，2007年毕业于太原理工大学，工程师，主要从事选煤生产机电技术管理工作

收稿日期：2014-04-17