邊震 姜海 王金軍 劉傳營(yíng) 羅德剛

摘要：煤礦開(kāi)采技術(shù)的發(fā)展對(duì)運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)力提出了更高要求。帶式輸送機(jī)作為井下原煤輸送的主要運(yùn)輸手段，其運(yùn)量主要受帶寬和帶速制約?，F(xiàn)以1 200 mm帶寬的帶式輸送機(jī)和？準(zhǔn)159型號(hào)托輥?zhàn)鳛檠芯繉?duì)象，對(duì)影響帶速提升的關(guān)鍵部件托輥進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和選型，設(shè)計(jì)了復(fù)合密封結(jié)構(gòu)，在保證良好密封性的前提下，避免了外密封圈與托輥軸接觸，既不損傷托輥軸，還降低了旋轉(zhuǎn)阻力。新研制的托輥重量輕、摩擦系數(shù)小、耐腐蝕性強(qiáng)，輥皮采用超高分子量聚乙烯管材。通過(guò)井下現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，1 200 mm帶寬條件下選擇？準(zhǔn)159型號(hào)托輥，帶式輸送機(jī)能長(zhǎng)期運(yùn)行在6 m/s帶速，提速效果明顯。

關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī);托輥;密封;輥皮;提速

0? ? 引言

運(yùn)輸系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，帶式輸送機(jī)作為其主要設(shè)備，目前正向著高速化方向發(fā)展，本文為高速帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)了新型密封結(jié)構(gòu)和新材料的輥皮，滿足1 200 mm帶寬帶式輸送機(jī)使用？準(zhǔn)159托輥長(zhǎng)期平穩(wěn)運(yùn)行在6 m/s帶速的要求。

1? ? 帶式輸送機(jī)高速化主要限制因素分析

帶式輸送機(jī)的運(yùn)量取決于輸送帶的寬度和運(yùn)行速度，以往的研究已經(jīng)證明：運(yùn)量相同時(shí)，窄輸送帶、高帶速比寬輸送帶、低帶速運(yùn)行更經(jīng)濟(jì)，因此高帶速是帶式輸送機(jī)的發(fā)展方向[1]。在國(guó)外，帶式輸送機(jī)帶速已經(jīng)達(dá)到8 m/s，有的甚至超過(guò)10 m/s。國(guó)內(nèi)帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度較以前已有大幅度的提高，但與國(guó)外先進(jìn)水平相比還有不少差距。

現(xiàn)行帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中，托輥許用轉(zhuǎn)速通常都要求不大于600 m/s，否則，輥?zhàn)拥男D(zhuǎn)阻力將急劇增加，使用壽命大幅度下降。帶式輸送機(jī)的最高帶速受托輥輥?zhàn)拥脑S用轉(zhuǎn)速制約，對(duì)應(yīng)不同直徑的輥?zhàn)?，最高帶速如?所示。

本文研究對(duì)象為濟(jì)寧三號(hào)煤礦七采東部邊界帶式輸送機(jī)。帶寬B=1 200 mm，托輥直徑為159 mm，如果采用普通托輥，帶速最大不能超過(guò)5 m/s。要實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)高速運(yùn)行，要么加大托輥直徑，要么提高托輥的許用轉(zhuǎn)速。加大輥?zhàn)又睆?，輥?zhàn)拥捏w積和重量就要加大，設(shè)備笨重，運(yùn)輸、安裝困難，制造成本提高，能耗增大。而增加托輥的許用轉(zhuǎn)速可以在現(xiàn)有條件下解決這個(gè)問(wèn)題，故限制帶式輸送機(jī)高速化的主要因素為托輥許用轉(zhuǎn)速[2]。

2? ? 實(shí)驗(yàn)帶式輸送機(jī)主要參數(shù)

本文選取的現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性試驗(yàn)場(chǎng)地為濟(jì)寧三號(hào)煤礦七采東部邊界帶式輸送機(jī)，其主要參數(shù)如表2所示。

3? ? 高速高分子托輥設(shè)計(jì)

3.1? ? 復(fù)合密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖1所示，復(fù)合密封由內(nèi)外密封圈組成，外密封圈采用綜合性能優(yōu)良的聚氨酯材料注塑而成，內(nèi)密封圈的材料為尼龍，內(nèi)外密封相互接觸，形成接觸密封的同時(shí)，也形成了迷宮密封。復(fù)合密封具有迷宮密封和接觸密封的共同優(yōu)點(diǎn)，對(duì)水、潮氣、灰塵都具有良好的密封性，由于外密封圈的唇邊是與內(nèi)密封圈而不是托輥軸接觸，既不損傷托輥軸，還降低了旋轉(zhuǎn)阻力。

3.2? ? 高速托輥輥皮設(shè)計(jì)

托輥旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量越小，旋轉(zhuǎn)阻力就越小，因此在滿足托輥強(qiáng)度和剛性的前提下，應(yīng)最大限度減小托輥旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量，高速托輥更是如此。要降低托輥旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量，輥皮是關(guān)鍵。目前煤礦大面積使用的托輥為金屬材料輥皮，剛性好、精度高、價(jià)格較低，但質(zhì)量大、磨損快，且在腐蝕環(huán)境下易銹蝕，一旦出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，極易損傷膠帶，在膠帶高速運(yùn)行時(shí)，后果將非常嚴(yán)重。正因如此，本項(xiàng)目研究的智能型高效高速帶式輸送機(jī)系統(tǒng)托輥輥皮沒(méi)有采用鋼質(zhì)材料，而是采用了分子量在300萬(wàn)以上的超高分子量聚乙烯（UHWM-PE）管材。與鋼質(zhì)管材相比，超高分子量聚乙烯管材具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）密度只有940 kg/m3，是鋼材（密度為7 800 kg/m3）的1/8，制作托輥重量輕、旋轉(zhuǎn)質(zhì)量小;

（2）具有良好的自潤(rùn)滑性，自身滑動(dòng)性能優(yōu)于用油潤(rùn)滑的鋼和黃銅，因此對(duì)輸送帶具有良好的保護(hù)性，即使托輥卡死，也不會(huì)損傷膠帶;

（3）摩擦系數(shù)極小，近似于冰面，與輸送帶的摩擦系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋼材與輸送帶的摩擦系數(shù)，運(yùn)轉(zhuǎn)更加靈活、平穩(wěn);

（4）吸水率低（0.01%），抗粘附性好，即使在水或油媒介下，粉塵也不會(huì)在其表面粘著和堆積;

（5）耐磨性高于一般合金鋼的6倍，有“耐磨王”之稱，抗沖擊性能好;

（6）化學(xué)穩(wěn)定性極高，耐腐蝕性強(qiáng)，可以承受烈性化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，除對(duì)某些強(qiáng)酸在高溫下有輕微的腐蝕外，在其他酸堿液中不受腐蝕，不會(huì)銹蝕。

基于以上設(shè)計(jì)，采用新型復(fù)合密封和高分子輥皮研制的高速托輥配合KA系列C3優(yōu)質(zhì)托輥專用軸承[3]，可滿足轉(zhuǎn)速720 r/min，從而在1 200 mm帶寬條件下，使用？準(zhǔn)159型號(hào)托輥，帶速可達(dá)到6 m/s。

4? ? 試驗(yàn)情況

通過(guò)使用高速高分子托輥，帶式輸送機(jī)工作狀態(tài)下，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境噪聲從使用鋼托輥的86 dB降為66 dB，有效改善了作業(yè)環(huán)境。在帶寬1 200 mm的帶式輸送機(jī)系統(tǒng)中使用？準(zhǔn)159型號(hào)的新型托輥，運(yùn)行帶速可長(zhǎng)期穩(wěn)定在6 m/s，對(duì)應(yīng)托輥轉(zhuǎn)速75.5 r/s，在大大提高帶式輸送機(jī)運(yùn)輸效率的同時(shí)保障安全運(yùn)行。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 劉振，包繼華，黃世鼎，等.帶式輸送機(jī)高速托輥的應(yīng)用研究[J].礦山機(jī)械，2011，39（6）：66-69.

[2] 江旗.膠帶輸送機(jī)托輥密封結(jié)構(gòu)機(jī)理及托輥強(qiáng)度分析[D].唐山：華北理工大學(xué)，2019.

[3] 孫海燕，包繼華.高速托輥滾動(dòng)軸承的分析[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2012（11）：63-64.

收稿日期：2020-08-11

作者簡(jiǎn)介：邊震（1972—），男，山東鄒城人，助理工程師，研究方向：礦山機(jī)電。