刮板输送机的技术现状及发展趋势

薛 岩

综采设备技术在近年来半个世纪的快速发展进化过程中一直保持并连续创造了多项行业世界纪录。它已经是目前最先进的井下矿开采设备技术。在当前新一代技术革命的双重影响下，正朝着全自动化的开采方向快速发展。对于矿综采设备技术来说，综采技术设备仍然是一个核心部件，工作面采用刮板立式输送机仍然是综采技术设备的一个关键设备，为了有效缩小与其他发达国家先进的综采设备技术的能力差距，我国综采技术人员对目前有关矿工作面采用刮板立式输送机相关技术问题进行了深入研究和技术创新。

现阶段，我国这方面正朝着高产化和集约化开采方向快速发展。在整个开采工作过程中，会不断涉及从矿到井的长壁刮板工作和地面的刮板作业。目前采用的刮板输送物料装置主要指的是刮板立式输送物料装置，其刮板输送物料能力大，对整个大型矿山的开采工作效率也会影响很大。

1 刮板输送机技术现状及发展趋势

1.1 关键电气件方面

基于实现智能开采的需求，温度、振动、压力、流量传感器及智能控制系统PLC和工业计算机已逐步应用于刮板输送设备，但基于国内电子技术的整体发展水平和研究进展，一系列关键电气部件的监测精度、抗干扰能力和使用寿命都不能满足井下恶劣工作环境的要求，一些关键电气部件仍需依靠进口。

以PLC控制系统为例，国内市场基本上是SIEMENS、NYSE:ROK、Beckhoff等少数国外品牌垄断，国内厂商研发热情不高，技术更新缓慢，形成了只注重应用，低估元器件基础研究的恶性循环。随着国家和省级监管部门相继出台一系列加强智能矿山建设的指导性文件，并对智能矿山设备的数量和质量提出了更高的要求，矿机设备智能相关电气部件的自主研发和独立配套能力不足。

1.2 感知控制技术方面

刮板输送机设备自动化控制技术在我国发展迅速，如人脸高清视频辅助人工干预、变频驱动、刮板输送机、刮板输送机传输状态监测、链条自动张力控制、设备负载检测、智能自主控制电机转速，破碎机轴承实现自动润滑等功能，加速矿山运输设备向智能化方向的过程。但由于传感器、监测系统、变频驱动系统、电气控制系统在可靠性、稳定性方面存在差距，国产设备需要进一步提高控制精度和设备稳定性，降低故障率得到优化，部分传感器控制技术仍处于试验阶段，与面对无人驾驶的要求还有差距。

1.3 机器人巡检技术方面

国内科研机构及相关企业已开始探索研究，基于采矿机综采工作面及液压支架的相关技术的智能巡检机器人研发，实现采矿机摇臂举升及液压支架，自动刮板输送机运行过程实时视频监控、快速检测和计算机检索，可实时观察采煤机滚筒与液压支架顶梁之间的间距，为采矿机开采高度控制提供准确的数据支持。但它仍处于起步阶段其中，机器人控制平台的健壮性、行走驱动的可靠性、移动通信的稳定性、群控的协调性以及配套应用的合理性等问题还有待解决。

1.4 与国外技术之间的差距

我国的工作面采用刮板自动输送机生产技术与国外相比有10年的较大差距，主要技术差距在以下几个主要方面：

①技术性能和机体结构上，我国采用刮板卧式输送机传动功率比较小，运输能力低，运输运行距离短，可靠性低；

②目前相应的刮板加工技术手段还比较落后，上世纪80年代，我国大量进口了一些高效、高技术精度的刮板加工技术设备，近年来，相关的技术研究也在不断进行增加，但是在总体上仍不能充分满足目前我国刮板自动输送机的实际生产应用需求；

③不同的技术设计加工手段，技术的快速发展和电力信息传输技术、矿厂也已经采用了一些现代化的设计加工方法，如三维刮板模拟的加工操作采用刮板自动输送机，但与发达国家地区相比仍然存有一定差距；

④目前相关的安全监控检测设备和安全保护装置不是很完善，虽然目前矿厂中所使用的工作刮板自动输送器主机具备带有过流、断速、断相、温度等多种电气自动保护安全功能，但对工作刮板本身的安全性能保护非常少，不能充分满足工业生产的实际应用需要。刮板等新材料产品输送的各种电机已完全自动就位，操作中最常见的一种电机刮板故障主要原因是电机链条材料错链或电机刮板材料跳链，发生在电机刮式滑板输送机头和链条输送线的机尾。

其中，刮板等新材料产品输送的各种电机小型零部件在在故障的正常进行处理后的持续时间一般大约为1h～2h，如果您的电机刮板或者输送机头的链条没有出现严重断裂，处理后的持续时间将至少可以持续达到4h～5h甚至几天更长，严重的情况会直接影响系统的正常进行操作以及运行。而且由于这些维修作业工作量大，劳动强度高，设备也经常会出现有不同严重度及程度的人体劳动能力损坏，给这些维修作业设备的操作系统后续正常进行操作以及运行将会带来很大的的安全隐患。

2 核心部件技术现状和发展趋势

2.1 机头部件

在综采刮板开采中，综采工作的地面生产能力已经得到了迅速较大提高，但目前采用刮板式式输送传动机头的前端和侧卸料卸车装置不能完全适应采用大功率刮板开开采作业。通过不断改进输送机头的前端和侧卸车，采用交叉式侧前端卸车，经过不断设计优化和技术改进，使输送机头的前端和侧卸车装置具有更高的生产效率和最大运输能力。另外，采用横向卸荷方式，大大降低了卸荷高度，使矿的开采更加方便。

2.2 机尾部件

由于现代刮板饲料输送机与新设计的链条输送机链距离比较长，且链的输送承载能力较大。因此，在设计尾链张紧时候就要求它具有非常大的可伸缩性，以利于保证现代刮板饲料输送机的正常工作运行。现阶段，大部分尾自动紧链装置设置链头可以自动伸缩，而在尾没有装置可以伸缩的工作过程中，也就是可以同时采用手动或自动的两种方式使用来合理修整调节尾部链条张力系统。

通过电机控制，按照具体的工作时间运动周期，对每个链条的尾部张力大小进行自动测试，并根据自动测试后的结果，对链的尾部链条进行适当的伸缩和合理调整，这样不能能够保证现代刮板饲料输送机的尾部链条一直能够保持在最佳运行状态。而自动控制测方和合理调整链条的张力则是需要理想得多，能够是更好的能够保证现代刮板饲料输送器的机链一直能够保持在最佳运行状态，更好地有利于链的正常维护，并且也会大大减少链的停机工作时间，提高现代刮板饲料输送机的工作效率。

2.3 链轮部件

链轮输送是一种刮平卷板物料输送机中非常重要的输送部件。链轮输送零件的设计研究和技术改进主要目的是为了大大加强链轮零件的工作可靠性，通过更加精密的链轮加工，并采用特殊热处理加工技术，有效延长链轮输送装置的产品使用寿命。目前国内使用的链轮输送装置多为一种双列形或圆锥形的滚子传动轴承，通过齿轮减速器和输送齿轮的传动联轴器在链轮头端的位置和尾端的位置与刮板链轮输送装置进行连接。对刮板链轮输送装置设计中的双列齿轮装置进行技术创新，有效率地降低了输送链条的纵向伸长，提高了输送链条的横向传动性和效率。

2.4 中部槽部件

对于工业刮板物品输送物料机来说，中间槽部部分相当于整个输送设备的底部主体槽和躯干。中间槽部分的设备使用寿命将极大地直接影响整个工业刮板物料输送机的设备使用寿命。现阶段工业使用的中间槽和坡口焊接零件多部分为″∑″型的钢结构，采用优质铸造零件焊接方法，使用寿命可达1000×104t。

通过对其整体形状、材料和构造生产工艺的深入研究和不断改进，可以延长中间槽坡口的使用寿命。又例如德国项目研制的中槽坡口构件，在建造弧形地下断面开挖结构的实际中和地下开采设计过程中多次都能得到应用验证。通过临床研究和应用实践可以发现，圆弧截面与″∑″形截面之间的接触面大于圆弧截面与沟槽内壁之间的接触面。刮板材料输送机件在工作时，经过高度水平或向上垂直弯曲后，会自动产生较小的摩擦压力值，使摩擦阻力得到明显降低，也可以使刮板材料输送机的机械功耗得到明显降低，有利于大大延长中间槽槽边部件的使用寿命。在中间沟槽边的加工生产中，所需要使用的钢板材料大多是通过高压轧制工艺生产的。这种钢板材料使其表面更光滑，摩擦磨损系数更小。另外，中间槽钢板结构也可以改为直接采用一种强度稳定值更高的淬硬不锈钢板作为材料，这种钢板材料的摩擦磨损相对材料要小得多，使中间板沟槽件的使用寿命相对得以大大延长，性能大大增高提高。

2.5 圆环链部件

对于工业刮板物品输送物料机来说，中间槽部部分相当于整个输送设备的底部主体槽和躯干。中间槽部分的设备使用寿命将极大地直接影响整个工业刮板物料输送机的设备使用寿命。现阶段工业使用的中间槽和坡口焊接零件多部分为“∑”型的钢结构，采用优质铸造零件焊接方法，使用寿命可达1000×104t。

通过对其整体形状、材料和构造生产工艺的深入研究和不断改进，可以大大限度延长中间中槽坡口的产品使用寿命。又例如德国项目研制的中槽坡口构件，在建造弧形地下断面开挖结构的实际中和地下开采设计过程中多次都能得到应用验证。通过临床研究和应用实践可以发现，圆弧截面与“∑”形截面之间的接触面大于圆弧截面与沟槽内壁之间的接触面。刮板材料输送机件在工作时，经过高度水平或向上垂直弯曲后，会自动产生较小的摩擦压力值，使摩擦阻力得到明显降低，也可以使刮板材料输送机的机械功耗得到明显降低，有利于大大延长中间槽槽边部件的使用寿命。

在中间沟槽边的加工生产中，所需要使用的钢板材料大多是通过高压轧制工艺生产的。这种钢板材料使其表面更光滑，摩擦磨损系数更小。另外，中间槽钢板结构也可以改为直接采用一种强度稳定值更高的淬硬不锈钢板作为材料，这种钢板材料的摩擦磨损相对材料要小得多，使中间板沟槽件的使用寿命相对得以大大延长，性能大大增高提高。

2.6 接链环部件

目前市场使用的焊接连杆大多数是采用立环的焊接连杆，保证了整个连杆上的部件在经过整个链轮其他部件时不会与整个链轮其他部件发生接触，所以不需要存在连接磨损等的问题。开发的Blockmaster链接器具有一个非常短的连续结束时间长度。在整个链接进行安装使用过程中，不用再需要刻意限制链条运输线的方向。可双向进行安装，不需要存在使用连杆反向进行安装的安全问题。同时，在整个链条安装环节中，增加一个链条锁块不仅可以有效的做到防止整个链条连续结束的问题，还真的可以做到使整个链条的运动强度可以得到明显的大幅提高。

3 刮板输送机技术发展的关键策略

3.1 提高对基础理论的研究力度

为了促进刮板输送机技术的发展，有必要认清刮板输送机在煤矿作业中的重要性和特殊性。首先，刮板输送机的工作环境非常恶劣。刮板输送机的运行是连续的，并且会受到张力、压力、摩擦、冲击和腐蚀的不利影响。工作环境相对恶劣会影响刮板输送机的使用质量和使用寿命。此外，传动系统非常复杂，包括电机、联轴器、减速器、链轮轴组、刮板链条等部件。故障率高，传动系统等设备系列齐全。当出现问题时，整个系统就会崩溃。因此，有必要对相关技术理论进行深入的分析和研究，为克服上述问题提供可靠的理论支持，从而开发出优质高效的刮板输送机。

3.2 提高新型材料的研制、使用

目前，刮板输送机的关键部件，如环链和中间槽，使用寿命普遍较低，这严重影响了输送机系统的效率。这主要是因为中国无法开发和生产这些关键部件所需的优质原材料。目前，使用的材料有许多缺陷，如用于制造中间槽端的zgmnl3高锰钢。新型耐磨钢zg30simn的引入提高了焊接性能、硬度和耐磨性，改进后的中间坡口的使用质量和使用寿命大大提高。因此，改进和新材料的使用可以从根本上提高刮板输送机关键部件的质量和耐磨性，这也是提高输送机系统使用寿命的关键。

4 结语

我国大型的开采技术继续向大型化、集约化技术方向快速发展，刮板物料输送机在工作台层面的技术方向更是向现代高端电子产品技术方向快速发展，使刮板物料输送的主机不仅能够完全满足我国开采的高速大功率和完全自动化技术要求。并且，还要更加好地注意保护刮板物料输送机的设备运行安全，力求不断提高运行性能的性和可靠性。目前，我国自主生产的大型刮板物料输送机在产品整体工艺技术水平上已经非常好地接近国外一些先进设备。然而，一些重要技术部件在性能可靠性和产品使用寿命上还仍然存在着很大的技术差距，尤其对像是刮板物料输送机软电机启动、保护装置等等所涉及的高科技重要部件，仍然非常需要不断的技术创新和不断改进，以更好的服务推动我国刮板物料输送机行业走向一体化，智能化工业发展的新方向。