刮板输送机轻量化技术现状与未来展望
张强1
贾安昊1
付云飞1
刘伟1
吕玉廷1
王阳1
刘峻铭1
汪庭玉2
1.山东科技大学机械电子工程学院,山东青岛 2660002.同济大学机械与能源工程学院,上海 201804
摘要：随着我国煤矿开采规模不断扩大,综采工作面正向600 m以上的超长方向发展,仅600 m刮板输送机的刮板链质量便超过200 t,链传动系统自身消耗功率便达到了满载功率的30％.为应对刮板链自重大、整机能耗高、材料冗余大等问题,轻量化设计逐渐成为提高刮板输送机运行可靠性和经济性的关键技术路径.围绕刮板输送机的轻量化技术,系统阐述了国内外的研究现状与发展趋势.首先,材料轻量化是当前研究的重点,高性能非金属材料(如碳纤维、超高分子量聚乙烯、岩基复合材料)凭借低密度和优异的耐磨耐腐蚀性能,在刮板和中部槽等部件中展现出了显著优势;轻质金属材料如含铝高锰钢等,可以在保证强度和寿命的同时,实现大幅减重;此外,激光熔覆、等离子堆焊、仿生表面结构等表面强化与改性技术,通过提升零部件耐磨寿命,间接减少了冗余材料厚度,从而实现轻量化.其次,结构轻量化通过先进的设计优化手段发挥了重要作用.拓扑优化、参数优化和结构布局优化被广泛应用于链环、刮板、中部槽及减速箱体等核心部件,均实现了一定程度的减重效果.尤其是在结构布局优化方面,如多电机串联驱动和刮板间隔优化,从整体上平衡了动力和载荷分布,在不改变部件结构的情况下进一步实现了轻量化.此外,低摩擦链传动系统通过摩擦学设计,减少了刮板与中部槽之间的滑动摩擦,显著降低了能耗和磨损,为设备轻量化提供了新的途径.尽管取得了丰富成果,但现有轻量化研究仍存在局限:某些新材料在复杂工况下的力学性能尚不稳定;部分研究仅停留在仿真层面,缺乏长期工程验证;部分优化结构的加工成本和精度要求较高,难以大规模推广;同时,在煤尘水分作用下低摩擦传动系统效果衰减,制造维护成本高,工程应用受限.未来研究应注重多目标协同优化,在减重的同时兼顾强度、寿命和制造成本;在结构层面,应进一步探索刮板输送机的优化与颠覆性创新设计,如采用钢丝绳替代传统圆环链传动;在材料方面,加快新型高强度轻质材料的研发与应用;同时推动轻量化设计与增材制造等先进工艺的深度融合,并加强轻量化技术的集成与综合应用,从而实现整机轻量化.综上所述,刮板输送机轻量化研究不仅是应对能源安全和低碳发展需求的重要举措,也是推动煤矿智能化、绿色化建设的必由之路.
关键词：刮板输送机轻量化设计结构创新拓扑优化轻量化材料
分类号：TD528(矿山运输与设备)
资助基金：国家自然科学基金(52234005)国家自然科学基金(52404172)山东省泰山学者资助项目(tstp20250532)
论文发表日期：2026-01-31
在线出版日期：2026-03-12（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：19( 445-463 )
英文信息