高分子材料在礦用輸送設(shè)備中的研究與發(fā)展

吳立忠 劉帥 趙學(xué)強(qiáng)

（1.寧夏天地奔牛實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，寧夏銀川 750000；2.兗礦能源集團(tuán)股份有限公司，山東鄒城 273500）

0 前言

人性化、高效率和低碳環(huán)保才是未來(lái)煤礦發(fā)展的方向。新型復(fù)合材料刮板不但能滿足現(xiàn)代裝備日益提升的功能需求，同時(shí)還符合國(guó)家綠色環(huán)保，節(jié)能減排的發(fā)展政策。

我們可以依靠新材料領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，建設(shè)人性化、可持續(xù)化的高效礦井，提高了煤礦工人勞動(dòng)生產(chǎn)效率和生活幸福指數(shù)，增加煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，改善煤礦低效落后、污染環(huán)境的不良局面，促使煤礦企業(yè)持續(xù)、高效、健康的發(fā)展，保證國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)煤炭的正常需要，具有十分重要的意義。

近年來(lái)，我國(guó)高端新材料產(chǎn)能雖有顯著提高，但未能滿足國(guó)內(nèi)高端產(chǎn)品需求，材料強(qiáng)國(guó)之路任重而道遠(yuǎn)。

1 金屬刮板存在的弊端

1.1 煤礦工人勞動(dòng)強(qiáng)度大

刮板輸送機(jī)的主要功能有運(yùn)輸煤炭、作為采煤機(jī)的運(yùn)行軌道和為液壓支架提供固定支點(diǎn)等，而刮板鏈又是運(yùn)輸煤炭時(shí)重要的運(yùn)動(dòng)部件。刮板的安裝方式是間隔數(shù)個(gè)鏈環(huán)安裝一個(gè)刮板，根據(jù)目前常用的刮板數(shù)量計(jì)算公式：

L-綜采工作面長(zhǎng)度（機(jī)頭、尾鏈輪中心長(zhǎng)度），mm；

P-刮板安裝間距，mm。

目前，綜采工作面的長(zhǎng)度常見(jiàn)為200 米，根據(jù)上述公式計(jì)算可知，按照要求間距安裝，一套工作長(zhǎng)度為200米的刮板輸送機(jī)鋪設(shè)完成時(shí)，所需的刮板數(shù)量為500件左右。作為刮板輸送機(jī)最常見(jiàn)的批量件，安裝刮板時(shí)的搬運(yùn)方式還采用人工搬運(yùn)，金屬刮板的重量一般超過(guò)30公斤，鋪設(shè)刮板鏈時(shí)，工人需將刮板按照要求間距，一件一件的擺放到鏈條旁邊，所以搬運(yùn)刮板的工人勞動(dòng)強(qiáng)度很大，而且還存在如磕碰、砸傷和勞損等安裝隱患，同時(shí)也降低了煤礦的生產(chǎn)效率。

1.2 額外消耗電機(jī)功率

刮板輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，消耗功率主要有以下兩點(diǎn)，刮板運(yùn)行消耗的功率和運(yùn)送物料消耗的功率，其中刮板運(yùn)行消耗的功率為無(wú)功功率，運(yùn)行過(guò)程中消耗量越少越好，根據(jù)目前常用的刮板輸送機(jī)消耗功率計(jì)算公式：

式中：P-刮板輸送機(jī)運(yùn)行消耗的功率，kW；

F上-上鏈道拉力，kN；

F下-下鏈道拉力，kN；

V-刮板鏈條速度，m/s；

第三，網(wǎng)絡(luò)空間中有關(guān)網(wǎng)民的情緒、態(tài)度和意見(jiàn)構(gòu)成了旅游危機(jī)事件網(wǎng)絡(luò)輿情的本體。旅游危機(jī)事件本身是網(wǎng)絡(luò)輿情的觸發(fā)點(diǎn)和刺激物，旅游危機(jī)事件網(wǎng)絡(luò)輿情則是針對(duì)該事件而發(fā)布和傳播的情緒、態(tài)度和意見(jiàn)的總和，通常包括了事實(shí)性信息和意見(jiàn)性信息。

A-傳動(dòng)效率。

根據(jù)上述公式可知，影響上、下鏈道拉力的重要因素就是刮板自身的重量，傳統(tǒng)的金屬刮板密度大，刮板輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)輸出的功率，有一部分是為了拉動(dòng)刮板自身運(yùn)行而消耗掉的。所以，采用金屬材料的刮板，由于自身做功的原因，會(huì)額外消耗電機(jī)輸出的功率，從而出現(xiàn)功率輸出不足的情況，同樣的功率運(yùn)送物料更少，這不但降低了運(yùn)煤效率，還會(huì)導(dǎo)致電機(jī)堵轉(zhuǎn)，影響煤礦正常生產(chǎn)。

1.3 中部槽關(guān)鍵部位磨損

中部槽作為刮板輸送機(jī)的重要組成部分，主要承擔(dān)運(yùn)輸物料的作用，同時(shí)也是磨損最嚴(yán)重的部件，隨著運(yùn)行次數(shù)和承載重量的增加，中部槽的磨損情況也更加嚴(yán)重。這其中最為主要的在推溜過(guò)程中，由于液壓支架在推溜時(shí)是一架一架伸縮油缸，這就導(dǎo)致兩節(jié)中部槽之間會(huì)出現(xiàn)水平彎曲現(xiàn)象。當(dāng)刮板運(yùn)行到此處時(shí)，也會(huì)隨著中部槽的彎曲一同微量偏向，此時(shí)則會(huì)出現(xiàn)刮板斧頭摩擦中部槽槽幫的情況，這種摩擦不但會(huì)加劇中部槽的磨損消耗，還會(huì)導(dǎo)致刮板出現(xiàn)微觀變形的情況，在長(zhǎng)期的開(kāi)采過(guò)程中，上述現(xiàn)象會(huì)一直發(fā)生，很容易導(dǎo)致刮板變形。

1.4 金屬刮板增加碳排放

礦用輸送設(shè)備最主要的加工材料就是金屬，生產(chǎn)加工的過(guò)程會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，還會(huì)增加碳排放，加劇溫室效應(yīng)。根據(jù)相關(guān)報(bào)道可知，我國(guó)將于2030 年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和，在不久的將來(lái)，很多現(xiàn)有的金屬制品會(huì)無(wú)法滿足新的節(jié)能環(huán)保政策，只有淘汰落后產(chǎn)能，完成產(chǎn)業(yè)升級(jí)，才能順應(yīng)時(shí)代發(fā)展。

2 高分子材料在礦用設(shè)備中的應(yīng)用

2.1 高分子材料介紹

近年來(lái)，高分子材料發(fā)展迅速，在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中也發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。高分子材料為工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及人類生活提供許多使用廣泛、日新月異的新材料和新產(chǎn)品，它使機(jī)械產(chǎn)品從傳統(tǒng)的笨重、高耗能向安全輕便、經(jīng)濟(jì)耐用方向轉(zhuǎn)變。

本文介紹的高分子材料主要以玻璃纖維和尼龍為主，玻璃纖維通常是以復(fù)合材料的形式應(yīng)用，是將玻璃纖維作為增強(qiáng)材料與尼龍等材料集體融合，應(yīng)用于工業(yè)制造中，像汽車配件、軌道交通、運(yùn)動(dòng)器材和建筑結(jié)構(gòu)等行業(yè)。對(duì)比金屬材料，玻璃纖維具有突出優(yōu)勢(shì)，從本質(zhì)區(qū)別來(lái)看，玻璃纖維是一種非金屬材料，一般非金屬材料的電化學(xué)活性要低于金屬材料，耐腐蝕性能優(yōu)異，不論是在惡劣的露天環(huán)境還是在化學(xué)介質(zhì)或潮濕的環(huán)境中都能夠正常工作，不溶不脹，且使用壽命較長(zhǎng)。

表1

一般合金材料的強(qiáng)度高，但卻有較高的密度，玻璃纖維復(fù)合材料則是一種質(zhì)輕強(qiáng)度高的結(jié)構(gòu)材料，其密度僅有1.7g/cm3，是傳統(tǒng)減重材料鋁合金的60%，是合金材料的25%，但是相比于鋁合金，高分子材料的強(qiáng)度和硬度明顯要更加優(yōu)異，而與傳統(tǒng)合金材料對(duì)比，高分子材料又更加輕便安全，不但能夠滿足產(chǎn)品所需的功能要求，還能充分實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的輕量化。同時(shí)，玻璃纖維復(fù)合材料的強(qiáng)度也十分突出，比強(qiáng)度和比模量綜合指標(biāo)在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中是最高的，還具有優(yōu)秀的抗拉強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，能夠保證產(chǎn)品使用時(shí)的功能需求。

2.2 高分子材料刮板的應(yīng)用

根據(jù)上述介紹可知，高分子材料不但能保證產(chǎn)品的機(jī)械性能，還能充分實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化，這是用于制造新型刮板最理想的材料。相比于傳統(tǒng)金屬刮板，高分子刮板成品重量為3 公斤左右，只有金屬刮板重量的十分之一，如此輕便安全的刮板，對(duì)于煤礦工人來(lái)說(shuō)是最大的福音，在搬運(yùn)安裝刮板時(shí)，可以更加省時(shí)省力，同時(shí)，也可以最大程度的降低在搬運(yùn)安裝刮板時(shí)，發(fā)生磕碰和砸傷情況的出現(xiàn)。

高分子材料刮板還可以有效的提高電機(jī)功率利用率，成品重量只有金屬刮板的十分之一，而更輕的重量可以降低上下鏈道的拉力，根據(jù)下列公式可知，上下鏈道的拉力降低，拉動(dòng)刮板自身所消耗的功率也會(huì)相應(yīng)降低，在配置同樣功率的情況下，使用高分子材料刮板的輸送設(shè)備可以拉動(dòng)更多的物料，有效的提高了煤礦企業(yè)單位小時(shí)出煤量。

與此同時(shí)，高分子刮板的加工工藝也非常的綠色環(huán)保，首先將制作好的高分子材料型材經(jīng)過(guò)烘干、預(yù)熱，然后放入成型模具中，加熱至一定溫度，后加壓壓制成型，冷卻取件，最后經(jīng)過(guò)消除應(yīng)力后得到成品。成品也可以根據(jù)需求，進(jìn)行二次加工，相對(duì)于傳統(tǒng)金屬材料，高分子材料的生產(chǎn)過(guò)程極大的降低了碳排放量。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)比我們發(fā)現(xiàn)，高分子材料比金屬材料在機(jī)械性能、質(zhì)量、制造成本和節(jié)能環(huán)保等方面更加出色。我公司將繼續(xù)探索高分子材料在礦用工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，充分發(fā)揮高分子材料所具有的獨(dú)特性能，持續(xù)推動(dòng)礦用工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展。