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        高速高分子托輥設(shè)計(jì)及研制

        2020-11-10 04:40:31邊震姜海王金軍劉傳營羅德剛
        機(jī)電信息 2020年30期
        關(guān)鍵詞:提速帶式輸送機(jī)托輥

        邊震 姜海 王金軍 劉傳營 羅德剛

        摘要:煤礦開采技術(shù)的發(fā)展對運(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ο螅瑢τ绊憥偬嵘年P(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。通過井下現(xiàn)場試驗(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]。在國外,帶式輸送機(jī)帶速已經(jīng)達(dá)到8 m/s,有的甚至超過10 m/s。國內(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,對應(yīng)不同直徑的輥?zhàn)?,最高帶速如?所示。

        本文研究對象為濟(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)又睆剑佔(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)場工業(yè)性試驗(yàn)場地為濟(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)托輥輥皮沒有采用鋼質(zhì)材料,而是采用了分子量在300萬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)具有良好的自潤滑性,自身滑動(dòng)性能優(yōu)于用油潤滑的鋼和黃銅,因此對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

        通過使用高速高分子托輥,帶式輸送機(jī)工作狀態(tài)下,現(xiàn)場環(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)行帶速可長期穩(wěn)定在6 m/s,對應(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

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

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