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        高速高分子托輥設計及研制

        2020-11-10 04:40:31邊震姜海王金軍劉傳營羅德剛
        機電信息 2020年30期
        關鍵詞:提速帶式輸送機托輥

        邊震 姜海 王金軍 劉傳營 羅德剛

        摘要:煤礦開采技術的發(fā)展對運輸系統(tǒng)的運力提出了更高要求。帶式輸送機作為井下原煤輸送的主要運輸手段,其運量主要受帶寬和帶速制約。現(xiàn)以1 200 mm帶寬的帶式輸送機和?準159型號托輥作為研究對象,對影響帶速提升的關鍵部件托輥進行重新設計和選型,設計了復合密封結(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,輥皮采用超高分子量聚乙烯管材。通過井下現(xiàn)場試驗,1 200 mm帶寬條件下選擇?準159型號托輥,帶式輸送機能長期運行在6 m/s帶速,提速效果明顯。

        關鍵詞:帶式輸送機;托輥;密封;輥皮;提速

        0? ? 引言

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

        1? ? 帶式輸送機高速化主要限制因素分析

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

        現(xiàn)行帶式輸送機設計標準中,托輥許用轉(zhuǎn)速通常都要求不大于600 m/s,否則,輥子的旋轉(zhuǎn)阻力將急劇增加,使用壽命大幅度下降。帶式輸送機的最高帶速受托輥輥子的許用轉(zhuǎn)速制約,對應不同直徑的輥子,最高帶速如表1所示。

        本文研究對象為濟寧三號煤礦七采東部邊界帶式輸送機。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。要實現(xiàn)帶式輸送機高速運行,要么加大托輥直徑,要么提高托輥的許用轉(zhuǎn)速。加大輥子直徑,輥子的體積和重量就要加大,設備笨重,運輸、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)有條件下解決這個問題,故限制帶式輸送機高速化的主要因素為托輥許用轉(zhuǎn)速[2]。

        2? ? 實驗帶式輸送機主要參數(shù)

        本文選取的現(xiàn)場工業(yè)性試驗場地為濟寧三號煤礦七采東部邊界帶式輸送機,其主要參數(shù)如表2所示。

        3? ? 高速高分子托輥設計

        3.1? ? 復合密封結(jié)構(gòu)設計

        如圖1所示,復合密封由內(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,也形成了迷宮密封。復合密封具有迷宮密封和接觸密封的共同優(yōu)點,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? ? 高速托輥輥皮設計

        托輥旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量越小,旋轉(zhuǎn)阻力就越小,因此在滿足托輥強度和剛性的前提下,應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,在膠帶高速運行時,后果將非常嚴重。正因如此,本項目研究的智能型高效高速帶式輸送機系統(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:

        (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性,即使托輥卡死,也不會損傷膠帶;

        (3)摩擦系數(shù)極小,近似于冰面,與輸送帶的摩擦系數(shù)遠遠低于鋼材與輸送帶的摩擦系數(shù),運轉(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)化學穩(wěn)定性極高,耐腐蝕性強,可以承受烈性化學物質(zhì)的侵蝕,除對某些強酸在高溫下有輕微的腐蝕外,在其他酸堿液中不受腐蝕,不會銹蝕。

        基于以上設計,采用新型復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159型號托輥,帶速可達到6 m/s。

        4? ? 試驗情況

        通過使用高速高分子托輥,帶式輸送機工作狀態(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的帶式輸送機系統(tǒng)中使用?準159型號的新型托輥,運行帶速可長期穩(wěn)定在6 m/s,對應托輥轉(zhuǎn)速75.5 r/s,在大大提高帶式輸送機運輸效率的同時保障安全運行。

        [參考文獻]

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

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

        [3] 孫海燕,包繼華.高速托輥滾動軸承的分析[J].起重運輸機械,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:礦山機電。

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