趙 賀

(山西汾西礦業(yè)設(shè)備修造廠，山西 介休 032000)

帶式輸送機(jī)作為礦井主要運(yùn)輸設(shè)備，對確保礦井持續(xù)生產(chǎn)具有重要作用[1]。為了確保礦井生產(chǎn)高效進(jìn)行，帶式輸送機(jī)應(yīng)具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性。由于帶式輸送機(jī)運(yùn)輸屬于接力運(yùn)輸，在兩臺輸送機(jī)接力點(diǎn)運(yùn)輸?shù)拿禾?、矸石等會給帶式輸送機(jī)托輥帶來較大的沖擊，造成托輥出現(xiàn)故障，甚至影響礦井的正常運(yùn)輸[2～4]。文中就根據(jù)礦井帶式輸送機(jī)緩沖托輥進(jìn)行改進(jìn)研究，以期能促進(jìn)礦井運(yùn)輸系統(tǒng)高效運(yùn)行。

1 托輥損壞原因分析

隨著礦井開采規(guī)模的擴(kuò)大，帶式輸送機(jī)運(yùn)送距離從以往的幾百米、擴(kuò)展至數(shù)千米甚至數(shù)十千米，顯然采用一臺帶式輸送機(jī)無法實(shí)現(xiàn)長距離運(yùn)輸工作，往往需要多臺帶式輸送機(jī)接力搭接完成[5]。根據(jù)兩臺搭接的帶式輸送機(jī)間角度差異，具體搭接方式可細(xì)分為直線搭接(圖1(a))、有角度搭接(圖1(b))。

圖1 帶式輸送機(jī)搭接方式

從圖1看出，無論采取哪種搭接方式在搭接處炮落的煤炭、矸石等，均會給下一段帶式輸送機(jī)膠帶、托輥以及機(jī)架等造成一定沖擊。在拋落過程煤、矸石形成沖擊力(F)是造成托輥出現(xiàn)損壞的主要原因，具體表現(xiàn)為兩個(gè)方面：拋落的煤、矸石(特別是大塊煤、矸石)會給下部輸送機(jī)膠帶造成較大沖擊，降低膠帶使用壽命；沖擊力通過膠帶向托輥、機(jī)架轉(zhuǎn)移，增加托輥載荷，造成托輥損壞。

帶式輸送機(jī)托輥是否損壞與受到的沖擊力(F)密切相關(guān)，沖擊力大小跟下述幾個(gè)因素密切相關(guān)：臨近兩臺輸送機(jī)間搭接高度(H)、帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度(V)、輸送的煤炭(矸石)重量(Q)、煤炭(矸石)棱角(A)。通過控制上述沖擊力影響因素，降低帶式輸送機(jī)托輥受到?jīng)_擊，從而確保帶式輸送機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性。

2 帶式輸送機(jī)常用緩沖托輥分析

為了降低帶式輸送機(jī)在搭接處煤/矸石沖擊力(F)對膠帶以及托輥、機(jī)架等造成影響，一般在搭接處采用緩沖托輥來降低沖擊力影響?，F(xiàn)階段最為常用的緩沖托輥是在原托管外側(cè)增加一圈橡膠圈，通過橡膠圈來降低沖擊力作用，具體見圖2。但是這種方式雖然有一定的緩沖作用，但是效果不明顯，托輥仍受到較大的沖擊載荷。因此，亟需對帶式輸送機(jī)搭接處的緩沖托輥進(jìn)行改進(jìn)。

圖2 常見緩沖托輥結(jié)構(gòu)示意圖

3 緩沖托輥改進(jìn)

3.1 改進(jìn)方法

通過在托輥上增加緩沖裝置即可降低沖擊力對膠帶及托輥沖擊，從而降低沖擊力對托輥影響，確保緩沖托輥長時(shí)間高效運(yùn)行。主要通過曲柄滑塊結(jié)構(gòu)降低沖擊力對托輥載荷，從而對托輥進(jìn)行保護(hù)，具體設(shè)計(jì)原理見圖3。為了吸收煤矸石拋落時(shí)產(chǎn)生的沖擊力，在通過在滑桿L2上布置緩沖彈簧，當(dāng)L1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會帶動(dòng)L2下滑，從而使得L2的緩沖彈簧收到壓縮或拉伸，降低煤、矸石拋落時(shí)造成的沖擊力，降低膠帶、托輥受到的沖擊載荷。同時(shí)還可以在一定程度上提升托輥的承載力，從根本上降低托輥損壞發(fā)生率。

圖3 緩沖托輥改進(jìn)設(shè)計(jì)原理

3.2 改進(jìn)方案

改進(jìn)后的緩沖托輥結(jié)構(gòu)見圖4，受到托輥重量影響，緩沖彈簧被壓縮布置在2個(gè)擋片中間，且處于穩(wěn)定的平衡體系之中。通過設(shè)置合理的彈簧系數(shù)，可以使得緩沖彈簧具備較強(qiáng)的緩沖能力。采用的緩沖托輥改進(jìn)方案充分利用的緩沖彈簧以及原托輥托輥緩沖設(shè)計(jì)，在距離使用過程中無需對緩沖托輥進(jìn)行大幅度結(jié)構(gòu)調(diào)整，改進(jìn)方案較為簡單。

圖4 改進(jìn)后的緩沖托輥結(jié)構(gòu)

3.3 強(qiáng)度校核

3.3.1 靜載計(jì)算

1)承載分支

具體的計(jì)算公式為：

(1)

其中：P0表示承載分支托輥受到靜載荷(N)；e表示緩沖托輥受到的載荷系數(shù)(取值0.8)；a0表示緩沖托輥間間距(取值1200mm)；Im表示帶式輸送機(jī)輸送能力(取值55.56kg/s)；v表示帶式輸送機(jī)運(yùn)輸速度(取值2.0m/s)；q0表示輸送機(jī)膠帶質(zhì)量(取值27.0kg/m)。帶入相關(guān)數(shù)值得到P0=515.9N。

2)回程分支

具體計(jì)算公式為：

Pu=eauq0g

(2)

Pu表示回程分支托輥受到靜載荷(N)；au表示緩沖托輥間間距(取值3000mm)，其余的載荷系數(shù)e取值1.0；q0取值27.0kg/m，帶入上述公式即可達(dá)到Pu=794.6N。

3.2 動(dòng)載計(jì)算

1)承載分支

具體計(jì)算公式為：＇

(3)

2)回載分支

(4)

為了提升緩沖托輥抵抗沖擊載荷的能力，應(yīng)提升其承載能力，具體緩沖托輥承載能力應(yīng)大于靜載、動(dòng)載支承分支、回程分支托輥載荷，具體為：

3.4 改進(jìn)效果分析

對帶式輸送機(jī)緩沖托輥改造后，并應(yīng)用到礦井運(yùn)輸系統(tǒng)中，在帶式輸送機(jī)滿載荷運(yùn)行條件下，托輥未出現(xiàn)破壞問題，表明，對緩沖托輥改進(jìn)后，其可以滿足礦井高效運(yùn)輸需要。

4 總結(jié)

1)分析闡述了帶式輸送機(jī)不同搭接方式，并對在搭接處托輥容易出現(xiàn)損壞的原因進(jìn)行分析，主要是在搭接處托輥受到較大的沖擊載荷；礦井采用的緩沖托輥緩沖能力差，無法確保托輥長時(shí)間高效運(yùn)行。

2)提出采用增加緩沖彈簧方式來提升托輥緩沖能力，并對改進(jìn)后的緩沖托輥進(jìn)行闡述。改進(jìn)后的緩沖托輥充分利用彈簧的二次緩沖，且不需要對原有的緩沖托輥結(jié)構(gòu)進(jìn)行較大調(diào)整，現(xiàn)場應(yīng)用方便。

3)采用理論計(jì)算方法對緩沖托輥承載載荷進(jìn)行計(jì)算，確定了緩沖托輥承載能力。