郝弘毅 蔡濤

摘 要：基于物料輸送的安全和效率，結(jié)合生產(chǎn)實際，設(shè)計研制了彈簧式緩沖床。主要介紹了彈簧式緩沖床原理，普通緩沖床在煤礦帶式輸送機中的應用及弊端，提出了彈簧式緩沖床設(shè)計構(gòu)架，與傳統(tǒng)礦用緩沖床之間的優(yōu)勢對比。得出結(jié)論：彈簧式緩沖床延長了使用年限，減少了運輸事故，降低能耗，提高了效率。

關(guān)鍵詞：彈簧；緩沖床；輸送機；應用

中圖分類號：TD528 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）14-0073-02

Abstract： Based on the safety and efficiency of material transportation， a spring buffer bed is designed and developed. This paper mainly introduces the principle of spring buffer bed， the application and malpractice of ordinary buffer bed in belt conveyor of coal mine， and puts forward the design frame of spring buffer bed， which is compared with the advantage of traditional mine buffer bed. The conclusion is that the spring buffer bed can prolong the service life， reduce the transportation accident and the energy consumption， while improving the efficiency.

Keywords： spring； buffer bed； conveyor； application

1 緩沖床改進前景

皮帶輸送機是一種靠磨擦驅(qū)動的連續(xù)動作式運輸機械，可廣泛運用于礦山、冶金、煤炭、電站、港口、輕工、石油等行業(yè)。由單機或多機組合而成的運輸系統(tǒng)來輸送物料，既可運送散狀物料，也可以運送成件物品。皮帶輸送機可用于水平或傾斜運輸。皮帶輸送機由皮帶、機架、驅(qū)動、滾筒、改向滾筒、承載托輥、回程托輥、張緊裝置、清掃器等零部件組成。

特別是在煤礦采掘、生產(chǎn)、轉(zhuǎn)運及加工過程中帶式輸送機已成為必不可少的輸送設(shè)備，也是種類較多、長度最長、維護量最大的輸送設(shè)備。帶式輸送機在運輸物料過程中為了轉(zhuǎn)載便利，一條輸送線上可能有多個落料點，特別是在煤倉卸載或轉(zhuǎn)載落差較大時，遇到大一點的煤塊可能會砸壞皮帶和緩沖床。目前傳統(tǒng)緩沖床結(jié)構(gòu)是由緩沖條和支架組成，稍微先進一點的重載緩沖床只是對支撐架進行了加固，對皮帶的保護并沒有根本意義上的提高。由于緩沖條是緩沖床唯一的緩沖部件，皮帶接觸面使用特殊的高分子聚乙烯耐磨層，使輸送帶與緩沖條之間的摩擦系數(shù)降低，底部主要是高彈性橡膠層，使緩沖條受到?jīng)_擊時能通過自身的物理彈性起到一定的緩沖作用。國際上緩沖條普遍使用橡膠彈性為邵氏硬度55度左右，其厚度有限，一般只有三公分左右，緩沖吸能距離太小，對于一般物料沖擊能起到一定作用，但是遇到大塊的物料，其效果就不是很好?？赡壳笆忻嫔系木彌_床都是鋼性結(jié)構(gòu)安裝，沒有緩沖結(jié)構(gòu)，單靠緩沖條無明顯緩沖效果，緩沖床安裝都是鋼性連接，沒有彈性，很容易造成支架金屬疲勞彎曲甚至斷裂，砸壞皮帶和緩沖床的現(xiàn)象時常發(fā)生，造成很大的經(jīng)濟損失和維修量。為大幅提高傳統(tǒng)緩沖床壽命，減少因大塊物料沖擊對緩沖床造成的損害，提出對傳統(tǒng)緩沖床加裝緩沖彈簧。

在煤礦，隨著大負荷、高強度的使用，皮帶輸送機的傳統(tǒng)緩沖床經(jīng)常損壞，維修困難。給正常生產(chǎn)帶來一定的影響。為了保證對皮帶輸送機使用的安全性和連續(xù)性，對傳統(tǒng)礦用緩沖床裝置進行改造有著重要的意義。

2 緩沖理念

皮帶輸送機接貨點按來料方向的不同，主要分為側(cè)方向卸貨，平行方向卸貨，垂直方向卸貨。目前煤礦大功率輸送機的受料點緩沖床都是多加裝緩沖床條形式，用以吸收物料下落時的沖擊能量。為了保證設(shè)備的安全運轉(zhuǎn)，采取增加緩沖床條緩沖層的厚度，緩解皮帶在受到物料沖擊時產(chǎn)生巨大沖擊力。緩沖床條緩沖層能夠吸收沖擊能量，但是在實際的應用中皮帶面及其緩沖條仍然承受較大的沖擊力，托輥架易產(chǎn)生變形和損壞，致使輸送帶面產(chǎn)生跑偏或受料點漏貨，影響皮帶在緩沖床處的正常運行。帶式輸送機裝卸塊狀特別是比重大的礦石時，輸送帶受很大的沖擊力作用。在這種情況下，輸送帶面層可能被劃破，甚至擊穿，引起輸送帶早期報廢。理論分析證明，輸送帶受沖擊載荷的大小主要與下列因素有關(guān)。即裝載點的高度、礦石塊的質(zhì)量及其棱角的形狀、托輥的質(zhì)量、輸送帶的橫向彈性模量以及托輥襯墊的彈性模量，等等。在裝料點采用緩沖彈簧組，能大大減輕輸送帶的動載荷，減少輸送帶損壞的幾率。因此對傳統(tǒng)礦用緩沖床安裝彈簧便可解決傳統(tǒng)緩沖床的諸多缺點。

緩沖床的主要作用就是減輕下落的矸石或煤塊對輸送帶的沖擊，支撐保護運行的輸送帶。因此，主要安裝在帶式輸送機的轉(zhuǎn)載點、卸載點和漏煤眼下口等位置。此前礦井使用的緩沖床均是固定在帶式輸送機兩側(cè)邊梁上，輸送帶與緩沖床鋼架之間安裝橡膠條。此種結(jié)構(gòu)方式緩沖床的支撐力主要來自于帶式輸送機邊梁，同時又由于橡膠緩沖效果達不到要求，帶式輸送機邊梁要承受不斷的沖擊，使得整體輸送帶支架不穩(wěn)，緩沖床的使用效果一般，壽命短。

為了在現(xiàn)有條件下進一步改善提升緩沖床的使用效果，對現(xiàn)有緩沖床做了機構(gòu)方面的改進。

為了使緩沖床能承受更大的沖擊力、延長使用壽命，更好地保護輸送機的皮帶，在緩沖床底部與輸送機中間架連接部位增加了4個緩沖彈簧，整個緩沖床都在4個緩沖彈簧上面，當緩沖床受到物料沖擊時，一小部分的沖擊力由緩沖條吸收的同時大部分的沖擊力由4個緩沖彈簧吸收。通過在原有的緩沖床下方，增加了四組能減震吸能的彈簧，形成了緩沖條和減震彈簧兩級減震效果。這樣大大改善了傳統(tǒng)礦用緩沖床減震效果不佳的問題。

3 緩沖原理

緩沖床底部與輸送機中間連接部位加裝4個緩沖彈簧，在緩沖床收到落下的煤流沖擊后，主要通過彈簧的物理彈性變形吸收沖擊力，起到緩沖作用，減少下落的煤流對輸送機的沖擊，降低了緩沖條和輸送帶之間的摩擦系數(shù)，提高了耐磨性，延長了緩沖條和皮帶的壽命。在輸送帶收到大塊矸石、物料的沖擊力后，膠帶和緩沖彈簧向下壓縮，使緩沖床的固定支架受力。使用彈簧式緩沖床，輸送帶受力均勻，避免由于托輥斷裂、脫落而導致縱向撕裂皮帶，彈簧具有緩沖性，從而減弱煤流下落對輸送帶系統(tǒng)產(chǎn)生的沖擊力，也減少了煤塊矸石四處飛濺，有效保護了輸送系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

利用彈簧的特點在壓縮時都要產(chǎn)生反抗外力作用的彈力，而且形變越大，產(chǎn)生的彈力越大；一旦外力消失，形變也消失。物理學家胡克研究得出結(jié)論：“在彈性限度內(nèi)，彈簧的形變量與它受到的拉力（或壓力）成正比”。彈簧緩沖器在受到?jīng)_擊后，將壓縮的動能和勢能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能，由于彈簧的反作用力，使壓縮物減速。當彈簧壓縮到極限位置后，要釋放緩沖過程中的彈性變形能，逐步釋放所吸收沖擊的能量。很好地保護了緩沖床的整體結(jié)構(gòu)，而且無需潤滑，不怕泥污，所占縱向空間小，重量輕等優(yōu)勢。擁有普通緩沖床的所有優(yōu)勢，還結(jié)合了彈簧緩沖特性起到了雙重保護作用。

4 延長緩沖床的使用壽命

傳統(tǒng)礦用緩沖床由于無法解決大塊物料、矸石對緩沖床的巨大沖擊，常常導致帶式輸送機皮帶帶面磨損嚴重甚至劃傷，目前傳統(tǒng)礦用緩沖床只在緩沖條上做文章，通過調(diào)節(jié)緩沖條耐磨層和緩沖層對緩沖效果及耐磨效果進行調(diào)節(jié)，但不管調(diào)節(jié)耐磨層還是調(diào)節(jié)緩沖層都無法從本質(zhì)上解決帶式輸送機傳統(tǒng)緩沖床的抗沖擊缺陷，引入彈簧式緩沖床便可從本質(zhì)上、結(jié)構(gòu)上解決傳統(tǒng)礦用緩沖床的設(shè)計缺陷，從而大大緩解大塊物料對緩沖床及帶式輸送機帶面的沖擊，進而有效保護帶式輸送機，延長使用壽命。

目前國際上的緩沖條耐磨層和緩沖層的選擇很難做到二者兼顧，耐磨層選擇厚了，自然緩沖層就少了，沒有了緩沖層的保護耐磨層容易砸壞，不但沒有延長緩沖條的壽命，反而支架都容易砸壞。反過來耐磨層薄一點，緩沖層厚一點，很快耐磨層消耗殆盡后，皮帶直接和緩沖層摩擦，摩擦系數(shù)很大容易引起高溫燃燒，有很大的安全隱患，為避免安全事故發(fā)生必須對緩沖條勤更換，浪費大量的人力物力甚至影響生產(chǎn)。通過改造，對緩沖床加裝緩沖彈簧可以有效解決緩沖條磨損與緩沖二者難以兼顧的難題，通過緩沖彈簧的配合使用可以選擇耐磨層更厚的緩沖條，市場耐磨層都是15毫米，如果選擇30毫米厚的耐磨層必然大大延長了緩沖條的使用壽命。

彈簧式緩沖床的發(fā)明投用，延長了膠帶運輸機的壽命，減少了緩沖床的投入，根據(jù)現(xiàn)場使用效果，每條皮帶每年可節(jié)約皮帶費用約58萬元，節(jié)約緩沖床費用約13萬元；同時，降低了膠帶運輸機的故障率，為礦井的安全生產(chǎn)提供了保障，間接經(jīng)濟效益可現(xiàn)。

通過結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)的實際狀況，改進緩沖床結(jié)構(gòu)，降低了膠帶運輸系統(tǒng)的故障率，提升了膠帶運輸機的運行效率，大大增加了原煤產(chǎn)能。我們將持續(xù)追蹤彈簧式緩沖床在實際生產(chǎn)的應用情況，不斷完善其結(jié)構(gòu)性能，為煤礦工業(yè)發(fā)展貢獻自己的貢獻。

5 緩沖條更換便利

緩沖條本來就是易損件，免不了需要更換，市場上對緩沖床的設(shè)計除了部分對皮帶的角度可以調(diào)節(jié)外都是固定焊死，緩沖條更換很費勁，甚至需要松掉皮帶拉緊，沒有能直接快速更換的設(shè)計。為了更換便利，緩沖床改成對開式設(shè)計，只要松開兩邊4個銷軸就可以把兩邊的緩沖條整體放平，松開緩沖條上的固定螺栓就能自由抽出更換，方便快捷（如圖1）。

參考文獻：

[1]聶毓琴，孟廣偉.材料力學[M].機械工業(yè)出版社，2004.

[2]劉令勛，劉英貴.動態(tài)密封設(shè)計技術(shù)[M].北京：中國標準出版社，1993，11.

[3]劉鴻文.材料力學[M].第五版.北京：高等教育出版社，2003.