摘要：新材料的研发日益成熟，更多的新材料开始进入大众的视野当中，应用于各个行业之中。在矿用设备中，用新材料生产的刮板代替原有金属锻造刮板，不但可以减少中部槽磨损带来的经济损失，还能降低刮板重量，减轻井下工作人员的劳动强度，同时，能够使电机的功率最大化的用于运输物料。
关键词：高分子；轻量化；刮板；优化改进
0前言
人性化、高效率和低碳环保才是未来煤矿发展的方向。新型复合材料刮板不但能满足现代装备日益提升的功能需求，同时还符合国家绿色环保，节能减排的发展政策。我们可以依靠新材料领域的先进技术，建设人性化、可持续化的高效矿井，提高了煤矿工人劳动生产效率和生活幸福指数，增加煤矿企业经济效益，改善煤矿低效落后、污染环境的不良局面，促使煤矿企业持续、高效、健康的发展，保证国民经济发展对煤炭的正常需要，具有十分重要的意义。近年来，我国高端新材料产能虽有显著提高，但未能满足国内高端产品需求，材料强国之路任重而道远。
1金属刮板存在的弊端
1.1煤矿工人劳动强度大
刮板输送机的主要功能有运输煤炭、作为采煤机的运行轨道和为液压支架提供固定支点等，而刮板链又是运输煤炭时重要的运动部件。刮板的安装方式是间隔数个链环安装一个刮板，根据目前常用的刮板数量计算公式：S=(L*2+2000)/P式中：S-所需刮板数量，件；L-综采工作面长度（机头、尾链轮中心长度），mm；P-刮板安装间距，mm。目前，综采工作面的长度常见为200米，根据上述公式计算可知，按照要求间距安装，一套工作长度为200米的刮板输送机铺设完成时，所需的刮板数量为500件左右。作为刮板输送机最常见的批量件，安装刮板时的搬运方式还采用人工搬运，金属刮板的重量一般超过30公斤，铺设刮板链时，工人需将刮板按照要求间距，一件一件的摆放到链条旁边，所以搬运刮板的工人劳动强度很大，而且还存在如磕碰、砸伤和劳损等安装隐患，同时也降低了煤矿的生产效率。
1.2额外消耗电机功率
刮板输送机运行过程中，消耗功率主要有以下两点，刮板运行消耗的功率和运送物料消耗的功率，其中刮板运行消耗的功率为无功功率，运行过程中消耗量越少越好，根据目前常用的刮板输送机消耗功率计算公式：P=（F上+F下）*V/A式中：P-刮板输送机运行消耗的功率，kW；F上-上链道拉力，kN；F下-下链道拉力，kN；V-刮板链条速度，m/s；A-传动效率。根据上述公式可知，影响上、下链道拉力的重要因素就是刮板自身的重量，传统的金属刮板密度大，刮板输送机运行时，电机输出的功率，有一部分是为了拉动刮板自身运行而消耗掉的。所以，采用金属材料的刮板，由于自身做功的原因，会额外消耗电机输出的功率，从而出现功率输出不足的情况，同样的功率运送物料更少，这不但降低了运煤效率，还会导致电机堵转，影响煤矿正常生产。
1.3中部槽关键部位磨损
中部槽作为刮板输送机的重要组成部分，主要承担运输物料的作用，同时也是磨损最严重的部件，随着运行次数和承载重量的增加，中部槽的磨损情况也更加严重。这其中最为主要的在推溜过程中，由于液压支架在推溜时是一架一架伸缩油缸，这就导致两节中部槽之间会出现水平弯曲现象。当刮板运行到此处时，也会随着中部槽的弯曲一同微量偏向，此时则会出现刮板斧头摩擦中部槽槽帮的情况，这种摩擦不但会加剧中部槽的磨损消耗，还会导致刮板出现微观变形的情况，在长期的开采过程中，上述现象会一直发生，很容易导致刮板变形。
1.4金属刮板增加碳排放
矿用输送设备最主要的加工材料就是金属，生产加工的过程会严重污染环境，还会增加碳排放，加剧温室效应。根据相关报道可知，我国将于2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和，在不久的将来，很多现有的金属制品会无法满足新的节能环保政策，只有淘汰落后产能，完成产业升级，才能顺应时展。
2高分子材料在矿用设备中的应用
2.1高分子材料介绍
近年来，高分子材料发展迅速，在各个工业领域中也发挥着越来越重要的作用。高分子材料为工业、农业以及人类生活提供许多使用广泛、日新月异的新材料和新产品，它使机械产品从传统的笨重、高耗能向安全轻便、经济耐用方向转变。本文介绍的高分子材料主要以玻璃纤维和尼龙为主，玻璃纤维通常是以复合材料的形式应用，是将玻璃纤维作为增强材料与尼龙等材料集体融合，应用于工业制造中，像汽车配件、轨道交通、运动器材和建筑结构等行业。对比金属材料，玻璃纤维具有突出优势，从本质区别来看，玻璃纤维是一种非金属材料，一般非金属材料的电化学活性要低于金属材料，耐腐蚀性能优异，不论是在恶劣的露天环境还是在化学介质或潮湿的环境中都能够正常工作，不溶不胀，且使用寿命较长。一般合金材料的强度高，但却有较高的密度，玻璃纤维复合材料则是一种质轻强度高的结构材料，其密度仅有1.7g/cm3，是传统减重材料铝合金的60%，是合金材料的25%，但是相比于铝合金，高分子材料的强度和硬度明显要更加优异，而与传统合金材料对比，高分子材料又更加轻便安全，不但能够满足产品所需的功能要求，还能充分实现结构的轻量化。同时，玻璃纤维复合材料的强度也十分突出，比强度和比模量综合指标在现有结构材料中是最高的，还具有优秀的抗拉强度和弯曲强度，能够保证产品使用时的功能需求。
2.2高分子材料刮板的应用
根据上述介绍可知，高分子材料不但能保证产品的机械性能，还能充分实现结构轻量化，这是用于制造新型刮板最理想的材料。相比于传统金属刮板，高分子刮板成品重量为3公斤左右，只有金属刮板重量的十分之一，如此轻便安全的刮板，对于煤矿工人来说是最大的福音，在搬运安装刮板时，可以更加省时省力，同时，也可以最大程度的降低在搬运安装刮板时，发生磕碰和砸伤情况的出现。高分子材料刮板还可以有效的提高电机功率利用率，成品重量只有金属刮板的十分之一，而更轻的重量可以降低上下链道的拉力，根据下列公式可知，上下链道的拉力降低，拉动刮板自身所消耗的功率也会相应降低，在配置同样功率的情况下，使用高分子材料刮板的输送设备可以拉动更多的物料，有效的提高了煤矿企业单位小时出煤量。与此同时，高分子刮板的加工工艺也非常的绿色环保，首先将制作好的高分子材料型材经过烘干、预热，然后放入成型模具中，加热至一定温度，后加压压制成型，冷却取件，最后经过消除应力后得到成品。成品也可以根据需求，进行二次加工，相对于传统金属材料，高分子材料的生产过程极大的降低了碳排放量。
3结论
通过对比我们发现，高分子材料比金属材料在机械性能、质量、制造成本和节能环保等方面更加出色。我公司将继续探索高分子材料在矿用工业领域的应用，充分发挥高分子材料所具有的独特性能，持续推动矿用工业领域的发展。
参考文献：
[1]李俊华.基于Python的数据分析.电子技术与软件工程，2018，17.
作者：吴立忠 刘帅 赵学强 单位：宁夏天地奔牛实业集团有限公司 兖矿能源集团股份有限公司
