范少杰

（山西省河曲县晋神能源有限公司 沙坪洗煤厂，山西 沂州 036500）

1 概 况

刮板输送机为综采工作面与采煤机和液压支架相互配套的运输设备，在实践应用中发现刮板输送机在可靠性、使用寿命方面并不能够完全适应实际运输的需求，其中一大主要原因是对刮板输送机的动力学特性掌握不足，无法通过设计或应用改善其动力学特性。因此，本文以SGD320/17B型刮板输送机为例，通过仿真分析和试验2种手段综合对刮板输送机的动力学特性展开研究。

2 刮板输送机动力学特性仿真分析

刮板输送机与采煤机、液压支架统称为综采工作面的三机，具有复杂的运行模式和受力特性，主要表现在如下方面。

（1）由于综采工作面生产条件复杂、环境恶劣，除了煤层片帮等恶劣工况的影响外，刮板输送机运输负载会随着采煤机的往复运动、截割深度的变化以及液压支架的推移等运动状态发生变化。

（2）在刮板输送机结构方面，链条和链轮之间的传动由于存在多变效应导致链条的运动模式更加复杂，其对应的受力情况也相对复杂。链条会发生弹性拉长，加剧了链条的复杂性。

基于AMESim软件建立刮板输送机动力学仿真模型，并利用Vogit建立链传动和整个输送系统的模型，研究其在不同链速和不同张力下对应的动力学特性。

2.1 刮板输送机动力学仿真分析分析

基于AMESim软件建立SGD320/17B型刮板输送机动力学仿真模型，如图1所示，参数如下：

图1 刮板输送机动力学仿真模型Fig.1 Dynamics simulation model of scraper conveyor

刮板输送机长度/m 80

链轮节圆直径/m 0.193

链轮传动轮齿的齿数 6

驱动电动机额定转速/（r·min-1） 1 470

刮板输送机减速器传动比 24.95

输送能力/（t·h-1） 40

主要对额定工况下不同位置的速度和张力进行仿真分析。

（1）不同位置的速度变化。在启动工况下，2号、3号位置的加速度大于1号和4号位置，其速度存在明显的波动；在正常工作工况下，2号、3号位置的速度变化与1号和4号位置相比存在一定的滞后性。

（2）不同位置的张力变化。1号位置处链条的张力最小，4号位置处链条的张力最大，2号和3号位置的链条张力居中。在启动阶段，4号位置处的链条张力值迅速增至最大值；1号位置处的链条张力值迅速降低至最小值，对应的2号和3号位置处的张力值减小，但是3号位置处的张力值变化幅度较小。在正常工作工况下，由于刮板输送机链条多边效应的影响，4个位置链条的张力始终处于动态波动状态，波动最大的位置为4号位置，最小为3号位置。

2.2 多工况下链传动系统动力学特性仿真分析

在刮板输送机基础动力学特性仿真分析的基础上，进行多工况下的动力学特性分析，重点考虑在不同运行阻力、不同运行速度和不同地形下传动系统的动力学特性。

根据刮板输送机的组成，链传动系统包括有驱动链轮、从动链轮、立环以及平环等。为了兼顾对链传动系统在多工况下动态特性的充分分析和计算的难度，对模型进行简化，基于ADAMS软件建立链传动仿真模型，如图2所示。

图2 刮板输送机链传动仿真模型Fig.2 Chain drive simulation model of scraper conveyor

链传动系统链速分别为0.2、0.4、0.6和0.8 m/s，负载阻力分别为5、10、20、30和40 kN，地形倾角分别为2°、4°、6°、8°、10°的情况进行仿真分析，设定仿真时长为3 s，所得仿真结论如下。

（1）随着链速的增加，刮板输送链条传动系统在紧变和松边均出现波动情况，而且波动趋势随着链速的增加而增加，链条的波动在多边效应的影响下呈现周期性的变化。

（2）随着负载阻力的增加，对应链传统系统驱动轮的转矩明显增加，并呈现周期性的波动，波动周期与实时链速和齿数相关；链条传动系统紧边的接触力大于松边。

（3）地形倾角的变化对链条传动系统紧边的接触力影响不大，主要对松边位置链轮与链环之间的接触力有影响，但影响也很微小。

3 刮板输送机动力学特性试验研究

在实验室搭建刮板输送机动力学特性试验台，对其实际工况下的动力学特性进行研究。试验台是在SGD320/17B型刮板输送机基础上改进的，对其中部槽长度、刮板间距等改造以保证其适用实验室环境。试验台配置机械模块、电气控制模块和测量模块。机械模块包括除刮板输送机以外的液压调节千斤顶、支撑钢板等；电气控制模块包括变频器和变频电机，变频器型号为QBN9000-30，变频电机功率为18.5 kW；测量模块包括DH5905动态信号无线采集传感器、电涡流互感器、转速测量装置等。

此次试验主要对链速、地形以及负载因素下刮板输送机的动力学特性进行对比。刮板输送机的链速通过对电机频率进行调节实现控制，设定变频器的频率为2、4、6、8、10、12、14、16、18、20 Hz，对应的刮板输送机的链速分别为0.023 6、0.047 1、0.070 7、0.094 3、0.117 8、0.141 4、0.165 0、0.188 5、0.212 1、0.235 7 m/s。不同的地形包括平直工况、水平弯曲工况、垂直弯曲工况以及水平+垂直弯曲复合工况4种情况。鉴于在实验室无法模拟刮板输送机满载运行的工况，此次试验对空载和负载2种工况下的情况进行分析。

（1）在实际工况下，随着变频电机频率的增加，即链速的增加，对应刮板输送机刮板与中部槽以及链条与链轮之间振幅增加。因此，在实际生产中为了保证刮板输送机的稳定运行，需保证刮板与中部槽之间能够实现平稳过渡。

（2）在水平和垂直弯曲的复合工况下，刮板输送机的动力学特性对其链条与链轮之间啮合频率最敏感；在水平和垂直弯曲2种工况下最容易出现中部槽刮卡的现象。

（3）在空载条件下运行，刮板输送机各输出轴的振幅明显下降，且链条与链轮之间啮合频率相对稳定；在负载条件下运行，刮板输送机机头链轮和机尾链速的速度差明显增加，链条出现抖动现象。

4 结 论

本文从理论和试验2方面对SGD320/17B型刮板输送机的动力学特性进行分析，得出如下结论。

（1）随着链速的增加，刮板输送链条传动系统在紧变和松边均出现波动情况，而且波动趋势随着链速的增加而增加，链条的波动在多边效应的影响下呈现周期性的变化。随着负载阻力的增加，对应链传统系统驱动轮的转矩明显增加，并呈现周期性的波动，波动周期与实时链速和齿数相关；链条传动系统紧边的接触力大于松边的位置。地形倾角的变化对链条传动系统接触力影响不大。

（2）在实际工况下，随着变频电机频率的增加，即链速的增加，对应刮板输送机刮板与中部槽以及链条与链轮之间振幅增加，在实际生产中为了保证刮板输送机的稳定运行，需保证刮板与中部槽之间能够实现平稳过渡。在水平和垂直弯曲的复合工况下，刮板输送机的动力学特性对其链条与链轮之间啮合频率最敏感，在水平和垂直弯曲两种工况下最容易出现中部槽刮卡的现象。在空载条件下运行，刮板输送机各输出轴的振幅明显下降，且链条与链轮之间啮合频率相对稳定；在负载条件下运行，刮板输送机机头链轮和机尾链速的速度差明显增加，链条出现抖动现象。