帶式輸送機自移機尾自動清浮煤裝置研究

唐樹峰

摘要：針對現有帶式輸送機自移機尾采用刮煤板手動清煤，操作不便，工人勞動強度大等問題，設計一種結構簡單的自動清浮煤裝置利用刮煤板將尾滾筒上的浮煤刮下，浮煤落入清煤筒內，通過螺旋輸送原理將浮煤清理出去。采用有限元仿真分析對關鍵零部件作強度校核，仿真結果表明關鍵零部件強度滿足使用要求。該裝置結構簡單，無需附加動力，自動清浮煤，具有較好的使用價值。

Abstract： In view of the problem that the existing belt conveyor adopts the scraping coal plate to clean coal at the end of the self-moving machine， the operation is inconvenient and the labor intensity of the workers is large， a simple structure of the automatic clearing coal device is designed， a scraper is used to scrape the floating coal on the tail drum， then into the clean coal cylinder， and the floating coal is cleaned out by the principle of spiral conveying. The finite element simulation analysis is used to check the strength of key components. The simulation results show that the strength of key components meets the requirements of use. The device has a simple structure， does not require additional power， and automatically clears the coal， so it has good use value.

關鍵詞：帶式輸送機自移機尾;自動清浮煤;螺旋推料器;仿真分析

Key words： belt conveyor self-moving machine tail;automatic clearing coal;screw pusher;simulation analysis

中圖分類號：TD528 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）20-0175-04

0 ?引言

帶式輸送機自移機尾用于高產高效工作面順槽轉載機與帶式輸送機機尾的快速推移和正確搭接，滿足工作面高進度、快速推進的需要。

目前，煤礦井下使用的輸送帶輸送機，大多輸送帶型號：ST，PVC，PVG型，實際運行過程中，由于表面覆蓋物本身摩擦阻力較大，再加上原煤開采過程中難免會出現采一部分矸石、礦井水等情況，浮煤容易吸附在輸送帶表面，降低帶式輸送機自移機尾滾筒與輸送帶之間的摩擦力，輸送帶容易發生打滑。輸送帶上的浮煤粘附在自移機尾滾筒，滾筒越來越大，也容易造成輸送帶跑偏，增大帶式輸送機功率消耗，影響帶式輸送機自移機尾的正常運轉。

通常帶式輸送機自移機尾清浮煤裝置大都采用刮煤板結構形式，此結構雖然簡單可靠，但是從尾滾筒上刮下來的浮煤需要不定時的人工清理，大大增加了人工工作量，不僅費時費力，而且清煤效果不是很好，同時也給員工的安全作業造成很大的不安全隱患，甚至會導致人身事故的發生，給煤礦安全生產造成巨大安全隱患。

針對此問題設計出一種帶式輸送機自移機尾自動清浮煤裝置，不需要附加任何動力，解決帶式輸送機自移機尾清浮煤效率低，工人勞動量大的難題。

1 ?整機結構設計

帶式輸送機自移機尾自動清浮煤裝置主要由刮浮煤裝置、傳動裝置、螺旋推料裝置、防護裝置等組成，見圖1所示。自動清浮煤裝置利用刮煤板將尾滾筒上的浮煤刮下，浮煤落入螺旋筒內，最后通過螺旋推料器將浮煤清理出去。自動清煤器從帶式輸送機尾滾筒上借助動力，結構簡單、無需自帶動力源，就能達到浮煤清理的目的。

帶式輸送機自移機尾清浮煤裝置工作時，一方面，尾滾筒隨著輸送帶轉動，主動齒輪和從動齒輪嚙合，帶動從動軸轉動。從動軸上的小皮帶輪通過V型帶，帶動大皮帶輪轉動，由于大皮帶輪和外套筒通過鍵相連接，外套筒和螺旋推料器通過齒形缺口浮動連接。因此尾滾筒會帶動螺旋推料器轉動;另一方面，隨著尾滾筒的轉動，清煤刮板將尾滾筒上的浮煤刮下來，受重力作用，浮煤落入清煤筒內。最后在帶式輸送機自移機尾運轉過程中，螺旋推料器也不斷轉動，左螺旋推料器把清煤刮板刮下的浮煤推向左側，從帶式輸送機自移機尾左側排出。左螺旋推料器把浮煤推向右側，從帶式輸送機自移機尾右側排出。

2 ?各部分結構設計

2.1 刮浮煤裝置

刮浮煤裝置的主要作用是將帶式輸送機運行過程中，下輸送帶粘結的浮煤刮鏟下來。在帶式輸送機自移機尾內部設有帶缺口的清煤筒，清煤筒一側管壁連接一段向上向外傾斜的刮煤板，刮煤板上端對應帶式輸送機自移機尾滾筒，刮煤板的長度與帶式輸送機自移機尾的滾筒寬度相匹配。帶式輸送機自移機尾工作時，尾滾筒隨著輸送帶轉動，刮煤板將尾滾筒上的浮煤刮下來，受重力作用，浮煤落入清煤槽內。

2.2 傳動裝置

傳動裝置的主要作用是將帶式輸送機自移機尾尾滾筒上的動力，傳遞出來，為螺旋推料裝置的旋轉推料提供動力。如圖2、圖3所示，傳動裝置采用兩級傳動方式。由于帶式輸送機自移機尾中心軸不轉，因此不能從中心軸直接借動力，需要設置從動軸引出動力。一級傳動采用開式齒輪傳動，將動力傳遞到從動軸上，具有傳動比精確，對安裝精度要求低，對中心距不敏感等優點。二級傳動采用皮帶傳動，具有結構簡單、傳動平穩、緩沖吸振等優點。而且當推料器卡死時，皮帶打滑可以保護整個傳動裝置。通過傳動裝置的傳遞，帶式輸送機自移機尾工作時，螺旋推料器轉速越快可靠性越低。為提高整個清浮煤裝置的可靠性，螺旋推料裝置的轉速應盡量減小，因此傳動裝置減速比應大于1。由于皮帶傳動完全裸露，需要在皮帶傳動外側安裝皮帶防護罩，防護罩開有窗口，可以觀察皮帶傳動狀況，如圖4所示。

2.3 螺旋推料裝置

螺旋推料裝置的主要作用是通過不斷旋轉螺旋葉片，將清煤筒中的浮煤從帶式輸送機自移機尾兩側推移出去。為了便于螺旋推料器井下拆裝、減小推料距離，降低推料阻力，提高推料效率，將螺旋推料器分為左右兩部分，通過銷子連接在一起，如圖5所示，左螺旋推料器螺旋葉片為左旋，向左側推料;右螺旋推料器螺旋葉片為右旋，向右側推料。而且螺旋推料器螺旋葉片螺距中間小、兩端大，推料效率高。

傳統的螺旋推料器卸料口，大都采用帶缺口的卸料筒卸料，如圖6所示，該結構軸承座本身阻擋卸料口，只能通過在卸料筒開缺口，達到卸料的目的，卸料效率低，結構尺寸較大。自動清浮煤螺旋推料裝置采用新型的開放式卸料口，如圖7所示，采用大直徑軸承把卸料筒作為旋轉軸，卸料過程無阻卡，具有結構緊湊，卸料效率高的優點。

3 ?詳細設計

具體實施中，以輸送帶寬度為1400mm的帶式輸送機自移機尾為例。清煤筒采用一個直徑為？準240mm的鋼管沿半徑切成四分之三的圓筒，焊接在帶式輸送機自移機尾立板上。螺旋推料器由左螺旋推料器和右螺旋推料器通過銷子連接而成的，左右螺旋推料器由一個長875mm，直徑？準220mm，螺距由小到大的左（右）旋葉片，為了增加強度，葉片中心設有一個直徑為？準50mm鋼管。主動齒輪直徑？準280mm，從動齒輪節圓直徑？準140mm，小皮帶輪直徑？準124mm，大皮帶輪直徑？準400mm，因此帶式輸送機自移機尾滾筒轉速傳遞到螺旋推料器時，速比為1.61。

當帶式輸送機自移機尾滾筒隨著皮帶輸送機以90r/min轉動時，螺旋推料器的轉速為55.8r/min。由于螺旋推料器轉速低，負荷小，內套筒上軸承采用深溝球軸承，軸承內徑？準280mm，寬度33mm。經計算，軸承壽命足夠，滿足使用要求。自動清浮煤裝置具有結構簡單、緊湊、實用，無需另外設置動力，大大減輕了工人手工清浮煤的勞動強度，保障了帶式輸送機自移機尾的正常運轉，保障了煤炭企業的正常穩定連續生產。

4 ?關鍵零部件有限元仿真分析

由于煤礦井下工作環境惡劣，帶式輸送機自移機尾較長時間的停機，圓形清煤筒中散落的浮煤會發生固結現象，螺旋推料器與清煤筒粘結在一起。帶式輸送機自移機尾再次啟動時，會對自動清浮煤裝置造成嚴重破壞。因此有必要分析螺旋推料器在卡料工況下的強度，是否滿足使用要求。

本文以1400mm帶式輸送機自移機尾為例，采用有限元仿真分析軟件對螺旋推料器在卡料工況下的強度作仿真分析。

初始條件如下：尾滾筒轉速90r/min、總傳動比i=2.25、皮帶打滑時傳遞的最大功率0.59kW。

卡料工況邊界條件如下：螺旋推料器葉片被卡?。ü潭s束），推料器大皮帶上施加最大扭轉力矩140.86kN。

從仿真結果可知，螺旋推料器卡料工況下：最大變形0.76mm，最大應力54.99MPa，完全滿足使用要求。當螺旋推料器發生卡料時，不會發生螺旋推料器破壞，而此時二級皮帶傳動已經開始打滑，這也驗證了皮帶傳動能為整個清浮煤裝置提供保護的作用。

5 ?整機虛擬樣機試驗

ADAMS是專門用于機械產品虛擬樣機開發方面的工具，通過虛擬試驗和測試，在產品開發階段就可以發現設計缺陷，提出改進方法。ADAMS可以研究復雜系統的動力學關系。本文采用ADAMS虛擬樣機技術對皮帶機自移機尾自動清浮煤裝置作虛擬試驗和測試，力求發現設計缺陷，不斷改進產品結構。將UG建模好的三維模型，導入ADAMS中，添加運動約束及施加旋轉力矩，皮帶機自移機尾滾筒轉速90r/min。分別測試螺旋推料器軸承、從動軸軸承所受的外力和扭矩，測試結果如圖8、圖9所示。

由上圖可見，推料器軸承最大外力527.5N，最大扭矩446.35N·m，傳動軸承最大外力49N，最大扭矩1.72N·m，可見整機軸承受力較為平穩，起伏不大，軸承負荷較小，壽命遠遠滿足使用要求。

6 ?結論

①論文闡述了輸送帶浮煤對帶式輸送機自移機尾正常使用的影響，現有刮煤板清浮煤結構，清浮煤效率低，工人勞動強度大的難題。

②論文采用刮煤板刮浮煤，螺旋推料器清浮煤的設計原理。完成了帶式輸送機自移機尾自動清浮煤裝置，不需要附加任何動力，解決帶式輸送機自移機尾清浮煤效率低，工人勞動量大的難題。

參考文獻：

[1]齊培孝.帶式輸送機的使用、維修與保養[J].煤炭技術，2015，34（03）：282-283.

[2]王進輝.滾筒自動清煤裝置的研究與應用[J].機械工程師，2014（6）：266-269.

[3]葛先永.帶式輸送機機尾自動清煤裝置[J].中國科技縱橫，2010（10）：200-202.

[4]宋勤發，王紅建，劉彥慶，等.膠帶輸送機防飄帶、防跑偏裝置在礦井中的應用[J].煤炭技術，2015，24（10）：1-2.

[5]李清榮.機尾螺旋滾筒的設計及推廣[J].山西焦煤科技，2010，34（3）：43-45.