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1、第02章刮板输送机(2)本讲稿第一页，共五十页 把链条当作刚体，设链轮节圆的半径为R，链轮旋转的角速度为，如图2-32(a)所示，为相遇点轮齿的圆周速度0与水平线的夹角，为链条水平运动的瞬时度。可以看出：角的大小等于相遇点轮齿的半径与链轮纵轴线的夹角，这个夹角随链轮的旋转而变化，从相遇点刚开始啮合时的 /2逐渐减小到0，在逐渐增大到 /2。（2-1）本讲稿第二页，共五十页 图2-32（a）链传动的速度分析 本讲稿第三页，共五十页据此，式（2-1）中 的变化范围为：式中：为一个链节所对应的链轮圆心角。由此可知，即使链轮的角速度不变，链条的瞬时速度也是变化的。其速度特性如式(2-l)所示，速度变化
2、的周期为链轮旋转一个0角。链条速度变化曲线如图2-32(b)所示，链速的变化范围为：本讲稿第四页，共五十页由于链速的变化，链条运动中就有加速度，链条运动的加速度为链条运动的加速度也随0 0角变化，其变化范围为：（22）本讲稿第五页，共五十页 加速度变化曲线如图2-32(b)所示。可以看出，链条在相遇点啮合开始时的加速度最大，随链轮旋转，加速度逐渐减小到0，然后达到最大负值；到另一个轮齿啮合时，链条运行的加速度由最大负值突变成最大正值。加速度变化周期也是链轮旋转一个0角所需的时间。最大加速度的绝对值为：(2-3)本讲稿第六页，共五十页 图2-32(b)链传动的速度分析 本讲稿第七页，共五十页由链
3、轮的几何关系得:将式(2-4)代人式(2-3)得式中：amax为链条最大加速度；为链轮旋转的角速度；l为链节距；R为链轮分度圆半径。可以看出，其他条件相同时，链节距愈大，链条运行链节距愈大，链条运行的最大加速度愈大。的最大加速度愈大。(2-4)(2-5)本讲稿第八页，共五十页 链条是作变加速运动的，有加速度就有惯性力，因此，链条在运行中不仅受静负荷，还受有动负荷，并且是周期性动负荷。若加速度为正，惯性力的方向与运行方向相反，则动负荷使链条的张力增加；若加速度为负，惯性力的方向与运行方向相同，则动负荷使链条的张力减小。二、牵引链的动负荷本讲稿第九页，共五十页r 由图2-32(b)可以看出，在后一
4、个轮齿开始啮合的瞬间，链链条的加速度从条的加速度从-amax增加到增加到+amax，在这一瞬间的加速度为2amax如果参与这一加速运动的物体质量为M，则链条所受的动负荷为2Mamax。r 由于这一负荷是瞬间施加的，按力学原理，突加载荷在链条中产生的应力大一倍，这样，链条所受的动负荷应按4Mamax计。考虑到在这个变化瞬间，后一个轮齿啮合之前的加速度为-amax其惯性力与链条运动方向相同，因此，链条实际所受的最大动负荷按下式计算：（2-6）本讲稿第十页，共五十页第四节第四节 刮板输送机的计算刮板输送机的计算z 刮板输送机的计算通常是为了设计新机器，或为一定使用条件验算现有设备是否适用。两者计算内
5、容都相同，区别在于前者按通用条件计算，后者按具体使用条件计算。z 刮板输送机计算的内容包括：运输能力、运行阻力、刮板链张力、电动机功率、预紧力和紧链力、链子的安全系数等。本讲稿第十一页，共五十页一、运输能力按连续运行的公式，其运输能力为：式中：运行物料断面积A与中部槽的规格及其承载能力有关。中部槽的装载情况如图2-33所示，运行物料断面的上界限呈曲线形，形状与物料的性质、块度情况有关，需经实测确定，通常按等腰三角形计算，其底角取物料的堆积角，一般取2030，按物料性质、块度情况选定，A按中部槽的尺寸由几何关系求得。本讲稿第十二页，共五十页由于刮板链占据一定空间，实际面积比由于刮板链占据一定空间
6、，实际面积比F F小一些，计算时要小一些，计算时要乘以小于乘以小于1 1的装满系数的装满系数 ,故运输能力按下式计算：故运输能力按下式计算：图2-33中部槽档物料断面 Q3.6Av （2-7）本讲稿第十三页，共五十页 上面分析的是刮板输送机自身具有的运输能力的计算方法。为使工作面选择刮板输送时，所选设备的运输能力不能小于工作地点所需要的运输能力Qc，即QQc。Qc的计算分两种情况：(1)非机械化作业的采煤工作面所需要的运输能力用下式计算：式中：k为运输不均匀系数；Qp为工作面平均每小时生产率。（2-8）本讲稿第十四页，共五十页 (2)采煤机或刨煤机作业的工作面所需要的运输能力用下式计算：式中：
7、Q0为采煤机工作面平均每小时生产率；v为刮板输送机的链速；v0为采煤机或刨煤机的牵引速度。由上述条件可得中部槽应具有的装载面积为：（2-9）（2-10）本讲稿第十五页，共五十页 根据式(2-10)算得的A值，结合所采用的链型，从标准中选定适用的中部槽。为一定使用条件验算现有的刮板输送机是否适用时，如果需要的运输能力小于该机的技术特征值，就不必验算；若比技术特征值大，就应以所选输送机中部槽的几何尺寸按图2-33结合所选物料性质计算其最大装载断面积，然后用式(2-7)选择适当的装满系数，计算该刮板输送机在具体条件下的运输能力。如不能满足需要，可用提高链速的方法解决，即更换减速器中的一对齿轮。本讲稿
8、第十六页，共五十页 刮板输送机的运行阻力按直线段和曲线段分别计算。r 图2-34所示为沿倾斜面运行的刮板输送机的重段直线段。运行时除了要克服煤和刮板链的运行阻力外，还需克服煤和刮板链的重力。通常将它们一起计为总运行阻力。从图2-34可以看出，作为牵引机构的刮板链，在重段直线段运行的总阻力为：（211）二、运行阻力本讲稿第十七页，共五十页图2-34 重段直线段的运行阻力本讲稿第十八页，共五十页v刮板链在空段直线段的运行总阻力为：式中：Fzh为重段直线段的总阻力，N；Fk为空段直线段的总阻力，N；q为中部槽单位长度上的装煤量，；ql为刮板链单位长度的质量；L为刮板输送机的长度；为煤在槽内运行的阻力
9、系数；l为刮板链在槽内运行的阻力系数；为倾斜角度。阻力系数的数值与煤的性质、刮板链形式、中部槽形式、安装条件等许多因素有关。（2-12）本讲稿第十九页，共五十页r 当机身在中部槽平面有弯曲段时，如图2-35所示。在弯曲段，刮板链沿槽帮滑行，相当于牵引链绕固定的圆弧导向体。这种情况下应计入弯曲段的附加阻力。弯曲段的中心角可由几何关系求出。r 如图2-35所示，图(a)所示为在工作面内弯曲段的相关尺寸；图(b)所示为刮板链的运行系统，图(c)所示为弯曲段中线的几何关系。本讲稿第二十页，共五十页图2-35 机身弯曲段及其几何关系本讲稿第二十一页，共五十页P由图(d)得：P由图(c)中的COD得：（2
10、-13）（2-15）（2-14）（2-16）本讲稿第二十二页，共五十页由ABE得：空段和重段两个弯曲段的附加阻力为：（2-18）（2-19）（2-20）（2-17）本讲稿第二十三页，共五十页(一)牵引力 刮板输送机稳定运行所需要的牵引力，等于它运行时所需克服的全部阻力之和，其计算方法有两种，一为简易计算法，一为逐点计算法。估算时用简易计算法即可，需要精确计算时用逐点计算法。三、牵引力及电动机功率本讲稿第二十四页，共五十页1.简易计算法 当机身中没有弯曲段时：式中：k1为刮板链绕经链轮的阻力附加系数，一般取1.1。当机身中有弯曲段时如图2-35(a)所示，则：式中：k2为弯曲段运行阻力附加系数，
11、一般取1.1。（2-21）（2-22）本讲稿第二十五页，共五十页逐点计算法是计算挠性牵引机构在运转中各点张力的方法。它的基本出发点是：沿着牵引机构的运行方向，某一点上的张力Fi，等于它前面一点的张力Fi-1与这两点间的运行阻力Fii-1之和。用公式表示为：即：牵引机构上任意两点的张力差等于该两点间的运行牵引机构上任意两点的张力差等于该两点间的运行阻力阻力。2 2逐点计算法逐点计算法本讲稿第二十六页，共五十页用逐点计算法求算刮板输送机的运行阻力时，一般先从最一般先从最小张力点开始计算刮板链各点的张力小张力点开始计算刮板链各点的张力，为此，需要先判断出牵引机构上最小张力点的位置。在不考虑物料和牵引
12、机构重力分力产生的阻力时，物料和牵引机构在各运行区段的运行阻力均应大于零，牵引机构的张力，从驱动轮分离点开始，应逐点增加，因此最小张力的位置一般在驱动轮分离点处。下面说明其计算方法。2 2逐点计算法逐点计算法本讲稿第二十七页，共五十页（2-23）2 2逐点计算法逐点计算法(1)单机驱动，如图所示从最小张力点开始，沿运行方向将直线和曲线段的变换点逐点编号，按逐点计算法的规则可写出下列各式。本讲稿第二十八页，共五十页 F2-3为刮板链绕经机尾链轮的阻力，通常用下式计算：r最小张力点的位置，按图中的条件，当倾角不大，Fzh0时，可以看出：F4F3F2F1 在这种情况下，1点的张力最小。（2-24）本
13、讲稿第二十九页，共五十页 当倾角较大，Fzh0时，F40，则表明整台机器的运行阻力为正值，需要外加动力给驱动装置，由驱动轮传递牵引力给牵引构件。在这种条件下，F4F1，1点的张力最小；r 若(Fzh+Fk)0，则表明整台机器的运行阻力为负值，靠承载物料的重力，推动牵引构件克服阻力运行。在这种条件下，F4F3，因下端有驱动装置，故F4F1，此时无法判断F1与F3哪个小。本讲稿第三十一页，共五十页r考虑到一般双机驱动时，两端使用的电动机功率和特性都相同，为简化分析可认为两端各承受总牵引力的一半，即：r由式(2-27)及(2-28)可知：r由式(2-25)、（2-26）、(2-29)可得：（2-27
14、）（2-28）（2-29）（2-30）本讲稿第三十二页，共五十页由式（2-30）可判断出最小张力点的位置：当当(Fzh-Fk)0时，时，F1F3，说明沿倾斜面向下运煤倾角，说明沿倾斜面向下运煤倾角不大时，不大时，3点的张力最小；点的张力最小；当当(Fzh-Fk)0时，时，F1F3，说明沿倾斜面向下运煤倾，说明沿倾斜面向下运煤倾角较大时，角较大时，l点的张力最小。点的张力最小。找出最小张力点后，一般取该点的张力为0，然后用逐点计算法求出刮板链各点的张力。本讲稿第三十三页，共五十页式中：kr为刮板链绕经驱动链轮的阻力系数，kr=0.030.045；Fy为刮板与驱动链轮相遇点的张力，N；Fl为刮板链
15、与驱动链轮分离点的张力，N。（2-31）(3)(3)牵引力计算牵引力计算 本讲稿第三十四页，共五十页 (2-32)式中：为刮板链运行速度，m/s；为减速器的机械效率。考虑到采区的电压降，双机头驱动两电机负荷不均匀及难以准确计算的额外阻力，实际配备的电动机的功率，应在计算值上增加1520%的备用量。(二二)电动机功率电动机功率本讲稿第三十五页，共五十页 刮板链工作时因受力而因受力而产生很大的弹性伸长伸长，会在驱动链轮分离点处松弛分离点处松弛,甚至形成堆积导致发生事故堆积导致发生事故。为防止这种状态的出现，安装时给刮板链施加一定的张紧力，使之有预加的弹性伸长预加的弹性伸长，如果这个伸长量与额定负荷
16、下所能产生的伸长量相等，就会避免松弛。这种张紧力也称预紧力张紧力也称预紧力。在额定负荷下运转，刮板链弹性伸长量的计算方法如下。四、刮板链的预紧力和紧链力四、刮板链的预紧力和紧链力 本讲稿第三十六页，共五十页 根据虎克定律，弹性变形量为：式中：l为刮板链的弹性伸长量，m；F为刮板链所受的张力，N；Lq为刮板链的全长，m；E为刮板链的弹性模量，N/cm2；A为刮板链的横断面积，cm2。输送机运转中，刮板链在各点的张力是变化的,因而总弹性伸长应按下式计算：（2-33）（2-34）本讲稿第三十七页，共五十页 上式的积分值在张力图中是刮板张力线所包围的面积。由于直线段张力线是直线，如图2-37所示，故此
17、积分值就是线下所包围的梯形面积值。所以重段刮板链的弹性伸长量为：空段刮板链的弹性伸长为：（2-35）（2-36）本讲稿第三十八页，共五十页图2-37 刮板链的张力变化图本讲稿第三十九页，共五十页故刮板链总弹性伸长量为：同理可得，在预紧力T0作用下，刮板链总弹性伸长量为：令上两式左边相等,可得到计算预紧力的公式：（2-38）（2-39）（2-37）本讲稿第四十页，共五十页 实际紧链力应比此值要大些实际紧链力应比此值要大些，因为一是除达到所要求的预紧力之外，还要克服链条在槽内移动的阻力；二是应比预加弹性伸长量稍大些，才能接上接链环。故实际的紧链力应按以下方法计算。如设固定端张力为FA，拉紧端应加张
18、力为FB，则：式中：FA为固定端张力，N；FB为拉紧端张力，N；为刮板链单位长度质量，kgm；为重力加速度，m/s2；为刮板链在槽内运行的阻力系数。在FA，FB作用下，刮板链的弹性伸长量为：（2-40）（2-41）本讲稿第四十一页，共五十页（2-42）（2-43）（2-44）紧链时的弹性伸长应与式(2-38)所求伸长量相等，即:联立式（2-40）与（2-42）得：联立式（2-43）与（2-40）得本讲稿第四十二页，共五十页 设紧链时使链条比预加弹性伸长多lje，lje应按所用链环(或接链器)的结构确定。将全长为2L的刮板链拉伸lje长度所需的张力Tje为：由此可得紧链操作时，在拉紧一端应给刮板
19、链施加的紧链力为：（2-45）（2-46）本讲稿第四十三页，共五十页 由以上分析知，刮板链预紧力和紧接力的大小，与输送机的运输量和铺设长度有关。但如输送机多数时间不以满负荷运转，就不能按满负荷计算。否则链子处在过紧状态下运行会增加磨损和阻力。一般按额定负荷的一般按额定负荷的60607070计算预紧力和紧链力计算预紧力和紧链力。本讲稿第四十四页，共五十页 安全系数是链条拉力与最大张力之比。动张力按最大静张力的20考虑，则刮板链的安全系数为：单链：双链：式中：n为链条的安全系数；Fd为一条链条的破断拉力，N，Fmax为刮板链的最大静张力，N；为双链负荷不均匀系数。（2-47）（2-48）五、刮板链
20、的安全系数五、刮板链的安全系数本讲稿第四十五页，共五十页第五节第五节 使用与发展使用与发展(自学）自学）一、安装与维护 二、满载启动 三、侧卸式刮板输送机 四、平面转弯式刮板输送机 五、超重型刮板输送机 六、发展中要解决的主要技术问题本讲稿第四十六页，共五十页第六节第六节 平巷用转载机平巷用转载机r 平巷转载机安装在采煤工作面下平巷中，是将工作面输送机运出的煤转载到带式输送机上的中间转载设备。r 平巷转载机实际是一种结构特殊的短刮板输送机，其传动系统和驱动装置与刮板输送机相同，主要不同点是，平巷转载机的机身有一段悬桥结构使它能与带式输送机有一段搭接长度(如图2-4l所示)，当工作面刮板输送机向煤壁推移后，用专门的推移设备将转载机整体沿平巷方向移动相应的距离。本讲稿第四十七页，共五十页图2-41 平巷用转载机本讲稿第四十八页，共五十页这种转载机与可伸缩带式输送机配套使用，当转载机前移搭接到极限位置时，将可伸缩带式输送机的机尾向前移到转载机的机头位置，转载机又可逐渐前移，如此配合使用能加快工作面的采煤进度。p平巷转载机的形式：分为中单链、中双链和边双链三种。平巷转载机的中部槽、刮板链和机头驱动装置与相同规格的工作面刮板输送机的相同，可互换使用。本讲稿第四十九页，共五十页作业P54 第8题本讲稿第五十页，共五十页