煤礦皮帶輸送機緩沖托輥的改進研究

武小龍

（山西汾西礦業(yè)（集團）有限責任公司柳灣煤礦機修廠， 山西 孝義 032303）

引言

皮帶輸送機具備輸送量大、操作簡便以及運輸成本低等優(yōu)勢，在距離較長的工作面中往往需要使用多臺皮帶輸送機，因此需要對皮帶輸送機進行搭接，但搭接處很容易導致煤炭拋落，對搭接處下面的皮帶機托輥造成嚴重的沖擊，增加托輥所承受的載荷，嚴重影響皮帶的使用壽命。雖然多數(shù)煤礦企業(yè)對皮帶輸送機進行了改進，但托輥損壞問題并未得到徹底解決。由此，研究緩沖托輥的改進措施具備十分重要的意義。

1 緩沖托輥類型及作用

緩沖托輥主要分為緩沖圈型、強力緩沖型、彈簧板型等類型，其可以有效減輕帶式輸送機受料處落料對輸送機的沖擊，具備耐磨損性能。安裝期間，企業(yè)應遵循以下幾種原則，一是需要提高安裝密度；二是技術人員需要定期檢查，及時更換損壞的托輥，對于落料距離較大的輸送帶還需要安裝緩沖鎖氣器。在選購緩沖托輥時應重點注意托輥承載軸的承載能力、抗沖擊性能、防塵性能以及靈活度等方面。且在種類選擇方面，當?shù)V井物料差大于6m時應使用緩沖托輥，以充分降低物料對皮帶輸送機的沖擊力度，防止皮帶被硬物撕裂。

2 帶式輸送機搭接方式

當井下開采運輸大巷的距離較短時，一般利用一臺皮帶運輸機便可以完成煤炭運輸工作。若運輸大巷距離在千米以上且存在拐彎時，則必須使用兩條以上的皮帶運輸機才可以完成煤炭的運輸工作，此時皮帶運輸機之間需要進行搭接。目前多數(shù)礦井開采期間均存在皮帶運輸機搭接問題，且常使用直線搭接以及有角度搭接等兩種方式，具體情況如圖1所示。

圖1 皮帶運輸機搭接示意圖

3 改進緩沖托輥的必要性

由上所知，皮帶運輸機搭接處拋落的煤炭會產(chǎn)生較大的沖擊力，且這種沖擊力主要取決于皮帶運輸機搭接高度、皮帶運輸機運行速度、煤炭自身質(zhì)量以及煤炭塊棱角等四方面因素。對此保護托輥的關鍵在于減小煤炭的沖擊力，有效控制上述四種因素。但改變皮帶長度、運行速度以及煤炭等方面存在較多的限制因素，為了有效降低托輥的破壞率，提高煤炭的運輸效率，礦井企業(yè)應改進搭接處的緩沖托輥，以確保礦井運輸工作的順利進行。

實際運輸過程中，皮帶運輸機搭接處安裝的托輥具備一定的緩沖作用，因此也常被稱作緩沖托輥。為了降低對皮帶運輸機的損壞程度，往往通過在托輥外表面套上橡膠圈的方法增加其緩沖性能，以防其出現(xiàn)破壞問題，具體如圖2所示。

但僅通過增加橡膠圈的方法依然無法大幅度提高緩沖托輥的緩沖性能，不能滿足預期的運輸效果。對此，還應對緩沖托輥進行更大的改進，以切實提供其緩沖性能與承載能力，降低企業(yè)的運輸成本。

4 緩沖托輥改進設計案例分析

圖2 常見緩沖托輥示意圖

華天津煤炭碼頭有限責任公司于1997年3月成立于天津市塘沽區(qū)，自投產(chǎn)以來，其在做好煤炭生產(chǎn)的同時不斷改進機械設備，使設備始終處于良好的運行狀態(tài)。由于煤礦運輸距離較長，企業(yè)采用了多臺帶式輸送機，且在地面導料槽處安裝了多個緩沖托輥支架。煤炭生產(chǎn)期間，帶式輸送機搭接處經(jīng)常發(fā)生煤炭脫落問題，為了降低托輥的損壞程度，提高作業(yè)效率，對緩沖輥進行改進。

4.1 緩沖托輥改進原理

改進皮帶輸送機緩沖托輥主要在原設計基礎上進行，利用曲柄滑塊提高托輥的緩沖保護性能及承載能力，具體如圖3所示。

圖3 緩沖托輥改進設計原理圖

為了有效緩解搭接處煤炭拋落產(chǎn)生的沖擊力，應在L2滑桿上安裝緩沖彈簧，這樣L1在順時針轉動時，L2滑桿會隨之下滑，上面安裝的彈簧也會受到壓縮，從而有效緩解了煤炭的沖擊力，降低了皮帶與托輥的損壞程度。除此之外，還應增大托輥的承載力以有效降低其損壞率。

4.2 設計方案

根據(jù)上述改進原理，企業(yè)對緩沖托輥進行了有效改進，在托輥下方安裝緩沖彈簧，改進后的緩沖托輥如圖4所示。

在改進之后，托輥自身重力使得彈簧被壓縮于兩個擋片之間，保持平衡。之后技術人員設計彈簧的倔強系數(shù)便可以確保彈簧的緩沖作用。改進后托輥緩沖過程如下，當搭接處煤炭拋落時，皮帶會受到一定強度的沖擊力，且這種力量也會傳遞至托輥，若沒有緩沖彈簧作用，托輥會直接承受剛性壓力，從而很容易損壞。而增加緩沖彈簧后，當托輥受到皮帶壓力時，會形成緩沖空間，此時托輥承重的荷載力要遠遠小于改進之前的承載力。由此看出，托輥改進主要采用了彈簧的二次緩沖作用，不需要改進托輥的原有結構，降低了企業(yè)的維修成本。

4.3 強度校核

搭接處煤炭拋落對緩沖托輥產(chǎn)生的沖擊力主要由皮帶運輸機搭接高度H、皮帶運輸機運行速度V、煤炭自身質(zhì)量Q以及煤炭塊棱角A等因素決定。由于煤炭棱角測量缺乏既定標準，因此在強度校核時僅考慮搭接高度H、運行速度V以及煤炭自身重量Q等因素。

圖4 改進后的緩沖托輥示意圖

首先應計算靜態(tài)下的沖擊力，結果為523.5 N，據(jù)此計算回程分支載荷為778.5N。同時，為了保障彈簧具備足夠彈力，應有效調(diào)節(jié)其壓縮量。皮帶輸送機運行速度會直接影響沖擊力，對此，企業(yè)還應確定皮帶運輸機的合理運速，并適當降低運輸機的搭接高度，以有效減少煤炭對皮帶與托輥產(chǎn)生的沖擊力。雖然改進這三方面也可以減少煤炭沖擊力，但效果并不顯著。由此，企業(yè)應提高緩沖托輥的承載力，上述已經(jīng)確定了皮帶的靜態(tài)沖擊力，之后根據(jù)實際生產(chǎn)情況，選擇參數(shù)計算動態(tài)載荷，結果為736.8N，分支載荷為1 062.2N。據(jù)此得出總承載能力為3 101.0N，為了提高托輥沖擊能力，其承載能力應高于3 101.0N。

4.4 改進效果

自改進緩沖托輥后，皮帶運輸機始終運行良好，沒有出現(xiàn)損壞問題，這表明改進合理，滿足實際生產(chǎn)需求。

5 結語

通過增加緩沖彈簧的改進措施調(diào)整緩沖托輥的原有結構，以增強帶式輸送機的運行載荷。實踐證明，此種改進方法可以有效避免托輥受到損壞，并在提高帶式輸送機運行效率的同時，減少了維修成本，提高了經(jīng)濟效益。