SZZ1200/700 转载机凸槽的改进研究

杨 涛

（晋能控股煤业集团机电管理部，山西 大同 037000）

SZZ1200/700 顺槽用转载机是煤矿井下运输系统中的转载设备，将煤料提升转移到带式输送机上，凸槽是转载机从爬坡段向水平段的转向槽。因凸槽是转载机的关键部件，最容易受到磨损而需要进行维修和保养。论文主要是对晋能控股煤业集团忻州窑矿SZZ1200/700 转载机凸槽进行改进研究[1-6]，进而提高凸槽的耐磨性，延长其使用寿命。

1 工程概况

晋能控股煤业集团忻州窑矿井下采掘工作面使用SZZ1200/700 桥式转载机，该设备与井下PCM400 型破碎机、带式输送机等设备配套使用，实现采煤过程的机械化作业。SZZ1200/700 桥式转载机作业时，通过转载机的凸槽结构把煤料从爬坡段引向水平段。桥式转载机的凸槽中、底板全部采用上弧形结构设计，因此该凸槽中底板位置磨损非常严重，影响设备正常使用，必须进行优化改进。

2 SZZ1200/700 桥式转载机凸槽的优化改进

2.1 结构优化改进设计

SZZ1200/700 桥式转载机采用整中板结构，凸槽长度固定，无法采用增大中板圆弧段的办法来提高耐磨性，降低磨损情况。因此，针对这一情况，设计了一种新型的桥式转载机用凸槽，其结构如图1，主要包括凸槽体、可更换式中板、六角头螺栓、弹簧垫圈、六角头螺母等部件。

图1 新型桥式转载机用凸槽结构示意图

基于无限多边形绘制圆形原理，在新型凸槽结构当中将凸槽圆弧段中板分割成三段直线形可更换式中板，可更换式中板如图2。该设计可以降低凸槽圆弧段的中板高度。

图2 可更换式中板示意图

从图2 可知，可更换式中板设置有2 个长条形开口，便于工作人员的拆卸和安装。当转载机凸槽圆弧段中板的磨损量达到报废极限值后，就必须对其进行更换，拆下紧固螺栓，取出已报废的可更换式中板，再将新的可更换式中板安好，并固定即可，更换过程简便快速。新型凸槽结构的设计，有效地降低了圆弧段中板高度，同时有效地提高了因中板磨损过度而导致时常出现设备大修的问题，缩短了设备检修时间，降低设备维护和保养成本。

2.2 可更换式中板材料选用

SZZ1200/700 桥式转载机的凸槽中板和整机所用材质一致，但是由于凸槽安装在转载机架桥段和爬坡段之间起联接过渡作用，凸槽中板的磨损力度增大许多，因此对于可更换中板可以选择用耐磨性更好的材料。

经技术调研选择ZGMn13 系铸造高锰钢做为可更换式中板材料。ZGMn13 系铸造高锰钢经处理后可在其表面层产生很好的耐磨性能，同时又保持内部韧性。研究表明：高锰钢铸件经水韧处理后，具有优良的低冲击力学性能，可以较好地适应凸槽圆弧段中板受冲击、容易磨损的特点。ZGMn13 系铸造高锰钢材料的应用，可以有效提供可更换式中板的耐磨性能，降低维修成本。

2.3 凸槽体结构强度有限元分析

采用ZGMn13 系铸造高锰钢可更换式中板后，实现了凸槽圆弧段中板分割。该设计中板焊接面积减小，整体强度有所降低，采用有限元分析检验其强度是否满足满载工况的需要。

（1）三维模型的建立

利用三维实体建模软件Pro/E 对煤矿井下综采工作面SZZ1200/700 桥式转载机凸槽体进行三维建模（如图3），利用ANSYS Workbench 模块对凸槽体进行有限元分析，可得凸槽体在满载工况下的应力分布情况。

图3 SZZ1200/700 桥式转载机凸槽体三维模型图

（2）有限元模型的建立

满载工况条件下，该转载机凸槽主要承受两方向的冲击力：刮板链的冲击和槽内煤块的冲击。将建立的凸槽体三维模型导入到ANSYS Workbench模块分析软件中，并设置相应参数。

（3）应力分析

通过ANSYS Workbench 模块软件对一凸槽体结构进行应力分析，得到凸槽体应力云图如图4。从得到的应力数据可知，满载工况条件下最大应力为133.7 MPa，最大应力布置处于槽体开口处中板与侧板焊接处，最大应力值小于ZGMn13 系铸造高锰钢材料屈服强度，该数据说明经优化设计后的凸槽强度满足满载工况的需要。

图4 SZZ1200/700 桥式转载机凸槽体应力图

3 实践应用及效果分析

对SZZ1200/700 桥式转载机完成优化改进设计后，由晋能控股煤业集团机电装备科大机械有限公司完成该改进安装制作。从2020 年5 月起，优化改进设计后的SZZ1200/700 桥式转载机在忻州窑矿14～（-3#）层东三盘区8507 工作面进行了工业性试验，数据结果表明：8507 工作面每出煤200 万t，ZGMn13 系铸造高锰钢可更换式中板的平均磨损量仅为3 mm，凸槽使用寿命提高50%。