皮帶輸送機緩沖托輥的改進分析

張蘇健

(大同煤礦集團公司 煤峪口礦，山西　大同　037041)

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·技術經驗·

皮帶輸送機緩沖托輥的改進分析

張蘇健

(大同煤礦集團公司 煤峪口礦，山西大同037041)

摘要煤礦皮帶運輸機承擔礦井的主要運輸工作，但由于某些工作面距離較長，煤炭運輸需要多臺皮帶運輸機，這就形成了皮帶運輸機的搭接問題，因此，皮帶運輸機在運行過程搭接處就易出現煤炭拋落，產生的沖擊力對皮帶及托輥造成破壞。本文介紹了帶式輸送機的搭接及其對托輥的危害并分析了其原因，提出了在托輥下方安裝緩沖彈簧的改進設計，并進行了強度校核，確定了合理的載荷，改進后的皮帶運輸機在實現高效運煤的條件下，沒有出現托輥破壞現象，應用效果顯著。

關鍵詞皮帶輸送機；緩沖托輥；搭接；彈簧；承載能力

作為礦井煤炭運輸的主要設備，皮帶運輸機有很多優點，具體主要體現在以下方面：輸送能力大、自動化程度高、操作簡單、運輸費用低。目前，皮帶運輸機在國內外很多大、中型礦井得到了普遍推廣和應用。但由于經濟因素、社會的不斷發展以及煤炭的高效開采，對皮帶運輸機的運輸能力提出了更高的要求，為此很多礦井結合自身生產實際，對皮帶運輸機相關部位進行了相應的改進，但在托輥破壞問題上所做的改進效果卻不是很明顯。因此，研究煤炭拋落沖擊力對托輥造成的破壞問題并改進托輥具有十分重要的意義。

1帶式輸送機的搭接方式及其對托輥的危害

1.1帶式輸送機的搭接方式

目前，很多現代化大、中型礦井均采用皮帶運輸機完成煤炭的運輸工作，井下開挖的運輸大巷長度較長，一般都超過千米。若井下運輸大巷距離較短，則采用1條皮帶運輸機即可完成井下煤炭的運輸工作；若井下運輸大巷距離在千米以上且存在拐彎，則須采用兩條以上的皮帶運輸機，兩皮帶運輸機之間須實現搭接，才能完成煤炭的運輸工作。目前，很多礦井均存在皮帶運輸機搭接現象，常見的皮帶輸送機的搭接方式主要有以下兩種：1)直線搭接方式。2)有角度搭接方式。見圖1.

圖1　帶式輸送機搭接方式示意圖

1.2搭接對托輥造成的破壞

皮帶運輸機在工作過程中，搭接處煤炭的拋落對搭接處下面的皮帶及托輥造成沖擊，甚至會對其造成破壞。由圖1可知，煤炭拋落時所形成的沖擊力F是造成皮帶及托輥破壞的主要因素，具體主要體現在以下兩方面：1) 拋落的煤炭(尤其是大塊堅硬煤巖)對皮帶造成較大的沖擊力，縮減了其使用壽命。2) 這種沖擊力增加了托輥的承受載荷，增大了其維修的頻率。

1.3破壞的原因分析

對皮帶及托輥造成破壞的主要原因就是搭接處煤炭拋落時產生的沖擊力，由圖1可知，沖擊力的大小主要取決于以下幾個因素：1)皮帶輸送機搭接高度H. 2)皮帶輸送機運行速度V. 3)煤炭自身的重量Q. 4)煤巖塊的棱角A.

2改進緩沖托輥的必要性

沖擊力隨著這4種因素的增加而變大，因此，若實現對這4種因素的控制，則在一定條件下可減小煤炭拋落的沖擊力，進而降低皮帶及托輥的損壞率。但由于改變H、V、Q等條件的限制性因素較多，因此，在提高煤炭運輸效率的基礎上，改進搭接處的緩沖托輥，可更好地降低托輥的破壞率，保證礦井運輸工作順利進行。

現場實際中，皮帶運輸機搭接處的托輥往往都具有較強的緩沖性能，即緩沖托輥。為進一步增加緩沖托輥的緩沖性能，防止其出現破壞問題，目前采取的較為普遍的措施就是在托輥的外表面套上橡膠圈，具體見圖2.

圖2　常見緩沖托輥示意圖

僅僅通過這種方式對緩沖托輥進行改進，以提高其緩沖性能，達不到有效的緩沖效果，因而難以避免緩沖托輥的破壞問題。此外，這種緩沖托輥的承載能力較差，無法有效保護托輥不受破壞，因此，必須對其進行改進，以提高其緩沖性能和承載能力。

3緩沖托輥改進設計

3.1緩沖托輥改進設計原理

本文對皮帶運輸機的設計是在原基礎之上改進緩沖裝置，提高緩沖裝置的承載能力，以提高緩沖托輥的緩沖保護性能，主要利用曲柄滑塊機構，具體見圖3.

圖3　改進緩沖托輥設計原理示意圖

為有效吸收煤炭拋落產生的沖擊力，在滑桿L2上加裝一緩沖彈簧。該平面連桿機構的具體運作為：L1的順時針轉動會帶動滑桿L2的下滑，在滑桿L2下滑的過程中，L2上的彈簧會受到壓縮，這樣可緩解煤炭的沖擊力，從而降低了皮帶及托輥的損壞率。

此外，還通過增加托輥的承載能力，從根本上降低托輥的損壞率。

3.2設計方案

根據上述原理，對緩沖托輥進行改進，在托輥下方安裝緩沖彈簧，改進后的緩沖托輥見圖4. 改進后，由于托輥的自重作用，緩沖彈簧被壓縮在2個擋片之間，并處于一定的平衡體系中。通過確定合理的彈簧倔強系數，以使彈簧起到應有的緩沖作用。

圖4　改進后的緩沖托輥示意圖

改進后的具體緩沖過程：皮帶受到一定強度的沖擊力，并會傳遞給托輥，若無緩沖彈簧的作用，則托輥由于沒有緩沖空間而承受剛性力，而改進后的托輥由于緩沖彈簧的作用，受到來自皮帶的力時，可形成一定的緩沖空間，此時托輥承受的力要大大小于前面的剛性力。

這種方法利用了彈簧的二次緩沖，基本不需要對原有結構進行大的調整，成本也不會明顯增大。

3.3強度校核

煤炭拋落時對緩沖托輥產生的沖擊力主要由皮帶輸送機搭接高度H、皮帶輸送機的運行速度V、煤炭自身的重量Q以及煤巖塊的棱角A所決定。由于煤巖塊的棱角缺乏相應的量性標準，且具體的計算也十分復雜，因此，本文只考慮H、V、Q等3個因素。

首先，計算靜態條件下的沖擊力。此外，為使得彈簧產生足夠的彈力，還應調節其壓縮量。由于運速的快慢對沖擊力的大小有較大的影響，因此，可結合礦井運輸要求及其對皮帶和托輥產生的沖擊力，確定合理的運速。皮帶輸送機搭接高度H適當降低，也可減小煤炭對皮帶和托輥產生的沖擊力。這三者的改進雖能在一定程度上減小煤炭的沖擊力，但卻有限。而提高緩沖托輥的承載能力是避免其破壞的根本措施，為此，先確定皮帶的動、靜載荷，根據實際情況，選擇參數，對托輥強度進行計算，確定承載能力。

1) 靜載荷計算。

a) 承載分支。

式中:

P0—承載分支托輥靜載荷，N；

a0—承載分支托輥間距，m，取1.2；

e—輥子載荷系數，取0.8；

v—帶速，m/s；

qo—每米輸送帶質量，kg/m；

Im—輸送能力，kg/s.

則：

b) 回程分支。

Pu=eauqog

式中:

Pu—回程分支托輥靜載荷，N；

au—回程分支托輥間距，m，取3；

e—取1.

則：

Pu=1×3×27×9.81=794.6N

2) 動載荷計算。

a) 承載分支。

式中：

fs—運行系數，取1.2；

fd—沖擊系數，取1.06；

fa—工況系數，取1.1.

則：

b) 回程分支。

式中：

則：

因此，為提高托輥的抗沖擊能力，應提高其承載能力，其承載能力應為動、靜載荷之和，即：

3.4效果分析

改進后的皮帶運輸機運轉期間，在實現高效運煤的條件下，托輥沒有出現破壞現象，這表明緩沖托輥的改進合理，滿足應用要求。

4結論

1) 介紹了帶式輸送機的搭接方式，分析了該搭接方式對托輥造成的破壞以及破壞的原因，證明目前普遍緩沖托輥的承載能力較差，無法有效保護托輥不受破壞。

2) 提出了加裝緩沖彈簧的改進方法，緩沖彈簧被壓縮在2個擋片之間，起到應有的緩沖作用。這種方法利用了彈簧的二次緩沖，不需要對原有結構進行大的調整，成本也不會明顯增大。

3) 對帶式輸送機強度載荷進行了計算，確定了其承載能力。

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Analysis of Improvement on Buffer Roller of Belt Conveyer

ZHANG Sujian

AbstractThe transport of coal mine is mainly undertaken by belt conveyers, but due to some long distance of working face, coal transportation requires a number of belt conveyors, which forms lap joint between belt conveyers. So in the running process the lap joint of belt conveyer is easy to appear coal throwing, and the impact force causing destruction to belt conveyer and roller. Introduces the lap joint between belt conveyors and its harm to the roller, analyzes the causes. Puts forward the improved design, checks the strength, and determines the reasonable load. There is not failure phenomena of roller after the improved belt conveyor under the condition of efficient coal transportation, it shows remarkable effect of application.

Key wordsBelt conveyer; Buffer roller; Lap joint; Spring; Bearing capacity

中圖分類號：TD528+.1

文獻標識碼：B

文章編號：1672-0652(2016)01-0013-04

作者簡介：張蘇健(1984—)，男，山西洪洞人，2009年畢業于太原理工大學，助理工程師，主要從事煤礦機電技術與管理工作(E-mail)zhangsujian84@163.com

收稿日期：2015-10-15