張?zhí)K健

(大同煤礦集團(tuán)公司 煤峪口礦，山西　大同　037041)

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·技術(shù)經(jīng)驗(yàn)·

皮帶輸送機(jī)緩沖托輥的改進(jìn)分析

張?zhí)K健

(大同煤礦集團(tuán)公司 煤峪口礦，山西大同037041)

摘要煤礦皮帶運(yùn)輸機(jī)承擔(dān)礦井的主要運(yùn)輸工作，但由于某些工作面距離較長(zhǎng)，煤炭運(yùn)輸需要多臺(tái)皮帶運(yùn)輸機(jī)，這就形成了皮帶運(yùn)輸機(jī)的搭接問(wèn)題，因此，皮帶運(yùn)輸機(jī)在運(yùn)行過(guò)程搭接處就易出現(xiàn)煤炭拋落，產(chǎn)生的沖擊力對(duì)皮帶及托輥造成破壞。本文介紹了帶式輸送機(jī)的搭接及其對(duì)托輥的危害并分析了其原因，提出了在托輥下方安裝緩沖彈簧的改進(jìn)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了強(qiáng)度校核，確定了合理的載荷，改進(jìn)后的皮帶運(yùn)輸機(jī)在實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)煤的條件下，沒(méi)有出現(xiàn)托輥破壞現(xiàn)象，應(yīng)用效果顯著。

關(guān)鍵詞皮帶輸送機(jī)；緩沖托輥；搭接；彈簧；承載能力

作為礦井煤炭運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備，皮帶運(yùn)輸機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)，具體主要體現(xiàn)在以下方面：輸送能力大、自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)輸費(fèi)用低。目前，皮帶運(yùn)輸機(jī)在國(guó)內(nèi)外很多大、中型礦井得到了普遍推廣和應(yīng)用。但由于經(jīng)濟(jì)因素、社會(huì)的不斷發(fā)展以及煤炭的高效開(kāi)采，對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸能力提出了更高的要求，為此很多礦井結(jié)合自身生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)相關(guān)部位進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)，但在托輥破壞問(wèn)題上所做的改進(jìn)效果卻不是很明顯。因此，研究煤炭拋落沖擊力對(duì)托輥造成的破壞問(wèn)題并改進(jìn)托輥具有十分重要的意義。

1帶式輸送機(jī)的搭接方式及其對(duì)托輥的危害

1.1帶式輸送機(jī)的搭接方式

目前，很多現(xiàn)代化大、中型礦井均采用皮帶運(yùn)輸機(jī)完成煤炭的運(yùn)輸工作，井下開(kāi)挖的運(yùn)輸大巷長(zhǎng)度較長(zhǎng)，一般都超過(guò)千米。若井下運(yùn)輸大巷距離較短，則采用1條皮帶運(yùn)輸機(jī)即可完成井下煤炭的運(yùn)輸工作；若井下運(yùn)輸大巷距離在千米以上且存在拐彎，則須采用兩條以上的皮帶運(yùn)輸機(jī)，兩皮帶運(yùn)輸機(jī)之間須實(shí)現(xiàn)搭接，才能完成煤炭的運(yùn)輸工作。目前，很多礦井均存在皮帶運(yùn)輸機(jī)搭接現(xiàn)象，常見(jiàn)的皮帶輸送機(jī)的搭接方式主要有以下兩種：1)直線搭接方式。2)有角度搭接方式。見(jiàn)圖1.

圖1　帶式輸送機(jī)搭接方式示意圖

1.2搭接對(duì)托輥造成的破壞

皮帶運(yùn)輸機(jī)在工作過(guò)程中，搭接處煤炭的拋落對(duì)搭接處下面的皮帶及托輥造成沖擊，甚至?xí)?duì)其造成破壞。由圖1可知，煤炭拋落時(shí)所形成的沖擊力F是造成皮帶及托輥破壞的主要因素，具體主要體現(xiàn)在以下兩方面：1) 拋落的煤炭(尤其是大塊堅(jiān)硬煤巖)對(duì)皮帶造成較大的沖擊力，縮減了其使用壽命。2) 這種沖擊力增加了托輥的承受載荷，增大了其維修的頻率。

1.3破壞的原因分析

對(duì)皮帶及托輥造成破壞的主要原因就是搭接處煤炭拋落時(shí)產(chǎn)生的沖擊力，由圖1可知，沖擊力的大小主要取決于以下幾個(gè)因素：1)皮帶輸送機(jī)搭接高度H. 2)皮帶輸送機(jī)運(yùn)行速度V. 3)煤炭自身的重量Q. 4)煤巖塊的棱角A.

2改進(jìn)緩沖托輥的必要性

沖擊力隨著這4種因素的增加而變大，因此，若實(shí)現(xiàn)對(duì)這4種因素的控制，則在一定條件下可減小煤炭拋落的沖擊力，進(jìn)而降低皮帶及托輥的損壞率。但由于改變H、V、Q等條件的限制性因素較多，因此，在提高煤炭運(yùn)輸效率的基礎(chǔ)上，改進(jìn)搭接處的緩沖托輥，可更好地降低托輥的破壞率，保證礦井運(yùn)輸工作順利進(jìn)行。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際中，皮帶運(yùn)輸機(jī)搭接處的托輥往往都具有較強(qiáng)的緩沖性能，即緩沖托輥。為進(jìn)一步增加緩沖托輥的緩沖性能，防止其出現(xiàn)破壞問(wèn)題，目前采取的較為普遍的措施就是在托輥的外表面套上橡膠圈，具體見(jiàn)圖2.

圖2　常見(jiàn)緩沖托輥示意圖

僅僅通過(guò)這種方式對(duì)緩沖托輥進(jìn)行改進(jìn)，以提高其緩沖性能，達(dá)不到有效的緩沖效果，因而難以避免緩沖托輥的破壞問(wèn)題。此外，這種緩沖托輥的承載能力較差，無(wú)法有效保護(hù)托輥不受破壞，因此，必須對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，以提高其緩沖性能和承載能力。

3緩沖托輥改進(jìn)設(shè)計(jì)

3.1緩沖托輥改進(jìn)設(shè)計(jì)原理

本文對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)的設(shè)計(jì)是在原基礎(chǔ)之上改進(jìn)緩沖裝置，提高緩沖裝置的承載能力，以提高緩沖托輥的緩沖保護(hù)性能，主要利用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，具體見(jiàn)圖3.

圖3　改進(jìn)緩沖托輥設(shè)計(jì)原理示意圖

為有效吸收煤炭拋落產(chǎn)生的沖擊力，在滑桿L2上加裝一緩沖彈簧。該平面連桿機(jī)構(gòu)的具體運(yùn)作為：L1的順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)滑桿L2的下滑，在滑桿L2下滑的過(guò)程中，L2上的彈簧會(huì)受到壓縮，這樣可緩解煤炭的沖擊力，從而降低了皮帶及托輥的損壞率。

此外，還通過(guò)增加托輥的承載能力，從根本上降低托輥的損壞率。

3.2設(shè)計(jì)方案

根據(jù)上述原理，對(duì)緩沖托輥進(jìn)行改進(jìn)，在托輥下方安裝緩沖彈簧，改進(jìn)后的緩沖托輥見(jiàn)圖4. 改進(jìn)后，由于托輥的自重作用，緩沖彈簧被壓縮在2個(gè)擋片之間，并處于一定的平衡體系中。通過(guò)確定合理的彈簧倔強(qiáng)系數(shù)，以使彈簧起到應(yīng)有的緩沖作用。

圖4　改進(jìn)后的緩沖托輥示意圖

改進(jìn)后的具體緩沖過(guò)程：皮帶受到一定強(qiáng)度的沖擊力，并會(huì)傳遞給托輥，若無(wú)緩沖彈簧的作用，則托輥由于沒(méi)有緩沖空間而承受剛性力，而改進(jìn)后的托輥由于緩沖彈簧的作用，受到來(lái)自皮帶的力時(shí)，可形成一定的緩沖空間，此時(shí)托輥承受的力要大大小于前面的剛性力。

這種方法利用了彈簧的二次緩沖，基本不需要對(duì)原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行大的調(diào)整，成本也不會(huì)明顯增大。

3.3強(qiáng)度校核

煤炭拋落時(shí)對(duì)緩沖托輥產(chǎn)生的沖擊力主要由皮帶輸送機(jī)搭接高度H、皮帶輸送機(jī)的運(yùn)行速度V、煤炭自身的重量Q以及煤巖塊的棱角A所決定。由于煤巖塊的棱角缺乏相應(yīng)的量性標(biāo)準(zhǔn)，且具體的計(jì)算也十分復(fù)雜，因此，本文只考慮H、V、Q等3個(gè)因素。

首先，計(jì)算靜態(tài)條件下的沖擊力。此外，為使得彈簧產(chǎn)生足夠的彈力，還應(yīng)調(diào)節(jié)其壓縮量。由于運(yùn)速的快慢對(duì)沖擊力的大小有較大的影響，因此，可結(jié)合礦井運(yùn)輸要求及其對(duì)皮帶和托輥產(chǎn)生的沖擊力，確定合理的運(yùn)速。皮帶輸送機(jī)搭接高度H適當(dāng)降低，也可減小煤炭對(duì)皮帶和托輥產(chǎn)生的沖擊力。這三者的改進(jìn)雖能在一定程度上減小煤炭的沖擊力，但卻有限。而提高緩沖托輥的承載能力是避免其破壞的根本措施，為此，先確定皮帶的動(dòng)、靜載荷，根據(jù)實(shí)際情況，選擇參數(shù)，對(duì)托輥強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，確定承載能力。

1) 靜載荷計(jì)算。

a) 承載分支。

式中:

P0—承載分支托輥靜載荷，N；

a0—承載分支托輥間距，m，取1.2；

e—輥?zhàn)虞d荷系數(shù)，取0.8；

v—帶速，m/s；

qo—每米輸送帶質(zhì)量，kg/m；

Im—輸送能力，kg/s.

則：

b) 回程分支。

Pu=eauqog

式中:

Pu—回程分支托輥靜載荷，N；

au—回程分支托輥間距，m，取3；

e—取1.

則：

Pu=1×3×27×9.81=794.6N

2) 動(dòng)載荷計(jì)算。

a) 承載分支。

式中：

fs—運(yùn)行系數(shù)，取1.2；

fd—沖擊系數(shù)，取1.06；

fa—工況系數(shù)，取1.1.

則：

b) 回程分支。

式中：

則：

因此，為提高托輥的抗沖擊能力，應(yīng)提高其承載能力，其承載能力應(yīng)為動(dòng)、靜載荷之和，即：

3.4效果分析

改進(jìn)后的皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間，在實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)煤的條件下，托輥沒(méi)有出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，這表明緩沖托輥的改進(jìn)合理，滿足應(yīng)用要求。

4結(jié)論

1) 介紹了帶式輸送機(jī)的搭接方式，分析了該搭接方式對(duì)托輥造成的破壞以及破壞的原因，證明目前普遍緩沖托輥的承載能力較差，無(wú)法有效保護(hù)托輥不受破壞。

2) 提出了加裝緩沖彈簧的改進(jìn)方法，緩沖彈簧被壓縮在2個(gè)擋片之間，起到應(yīng)有的緩沖作用。這種方法利用了彈簧的二次緩沖，不需要對(duì)原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行大的調(diào)整，成本也不會(huì)明顯增大。

3) 對(duì)帶式輸送機(jī)強(qiáng)度載荷進(jìn)行了計(jì)算，確定了其承載能力。

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Analysis of Improvement on Buffer Roller of Belt Conveyer

ZHANG Sujian

AbstractThe transport of coal mine is mainly undertaken by belt conveyers, but due to some long distance of working face, coal transportation requires a number of belt conveyors, which forms lap joint between belt conveyers. So in the running process the lap joint of belt conveyer is easy to appear coal throwing, and the impact force causing destruction to belt conveyer and roller. Introduces the lap joint between belt conveyors and its harm to the roller, analyzes the causes. Puts forward the improved design, checks the strength, and determines the reasonable load. There is not failure phenomena of roller after the improved belt conveyor under the condition of efficient coal transportation, it shows remarkable effect of application.

Key wordsBelt conveyer; Buffer roller; Lap joint; Spring; Bearing capacity

中圖分類號(hào)：TD528+.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-0652(2016)01-0013-04

作者簡(jiǎn)介：張?zhí)K健(1984—)，男，山西洪洞人，2009年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，助理工程師，主要從事煤礦機(jī)電技術(shù)與管理工作(E-mail)zhangsujian84@163.com

收稿日期：2015-10-15