帶式輸送機(jī)輸送帶選型及導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)改進(jìn)優(yōu)化研究

李書有

（潞安化工集團(tuán)常村煤礦， 山西 長治 046100）

引言

帶式輸送機(jī)是礦井生產(chǎn)過程中的常用設(shè)備之一，其主要作用是將綜采工作面開采的煤礦運(yùn)輸轉(zhuǎn)移至指定區(qū)域，由于其特有的優(yōu)勢現(xiàn)已在煤礦企業(yè)礦井生產(chǎn)過程中得到廣泛應(yīng)用。但是隨著礦井開采深度的不斷增加，水文地質(zhì)環(huán)境逐漸惡劣，影響著帶式輸送機(jī)的使用效率和使用壽命。本文選取潞安化工集團(tuán)現(xiàn)階段使用的帶式輸送機(jī)作為研究對象，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上側(cè)重優(yōu)化導(dǎo)料槽等結(jié)構(gòu)，提高了帶式輸送機(jī)的工作穩(wěn)定性和運(yùn)輸效率。

1 輸送帶的材料選型與對比

帶式輸送機(jī)在不同礦井以及同一礦井不同區(qū)域工作時(shí)受力存在一定差異，因此輸送帶的材料選取尤為重要，需要充分考慮帶式輸送機(jī)的受力情況，確保選取的材料滿足礦井實(shí)際使用需求。常見的輸送帶材料可以分為兩大類，一類是鋼絲繩芯等材料，主要優(yōu)勢在于承載能力較強(qiáng)以及物理力學(xué)性能較好，因此能夠滿足大運(yùn)輸量前提下的高速運(yùn)輸需求；第二類是尼龍、棉質(zhì)以及橡膠等材料，相較于鋼絲繩芯運(yùn)輸量和運(yùn)輸速度稍差。

通過對比不難看出，雖然鋼絲繩芯的各項(xiàng)物理力學(xué)性能相對較優(yōu)，但是由于煤礦作業(yè)面通常為地下深處，環(huán)境濕度較高，因此鋼材在該環(huán)境下極易出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，降低輸送帶的使用壽命以及運(yùn)輸效率。

綜上，分別對輸送帶常見材料的使用場合進(jìn)行了初步分析，為了充分了解輸送帶不同材料的實(shí)際適用條件，從材料性能的角度對常見材料進(jìn)行比較分析，使得結(jié)論更加直觀可靠。

1）物理性質(zhì)角度：常規(guī)條件下鋼材的強(qiáng)度硬度和耐磨性均較高，因此適用于輸送量高速的場合；

2）耐久度：鋼材的屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度相對較大，因此耐久度相較于其他材料較長；

3）耐高溫鋼相較于普通鋼材熔點(diǎn)較高，能夠適應(yīng)高溫場合的作業(yè)，而軟性材料極易由于高溫出現(xiàn)融化現(xiàn)象；

4）抗腐蝕性：鋼材在潮濕的空氣中極易出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，因此在煤礦工作中應(yīng)當(dāng)定期涂抹防銹劑，延長使用壽命。軟性材料通常為復(fù)合材料，空氣的濕度變化對其使用壽命的影響可以忽略；

5）噪聲鋼硬度和耐磨性遠(yuǎn)高于普通輸送帶材料，但是輸送過程中噪聲鋼輸送帶和零部件之間會(huì)產(chǎn)生較大的摩擦力，由此導(dǎo)致過大的噪聲，適用于自動(dòng)化生產(chǎn)，無操作人員場合；

6）柔韌性：雖然鋼材硬度較高但是塑性韌性相對較差，并且隨著溫度的降低塑性韌性呈現(xiàn)出下降的趨勢，由此導(dǎo)致低溫環(huán)境下鋼材輸送帶極易出現(xiàn)斷裂破壞等現(xiàn)象，選取時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮環(huán)境溫度；

7）抗磨損性：不論何種材料，在使用過程中均會(huì)逐漸磨損，鋼材的耐磨性也相對較好，但是同零部件間的摩擦力較大，因此輸送過程中容易產(chǎn)生火災(zāi)等事故；

8）經(jīng)濟(jì)性：相較于復(fù)合材料而言，鋼材的價(jià)格較低并且通常所需的二次加工較為簡單甚至無需二次加工即可直接使用，因此經(jīng)濟(jì)成本顯著下降。

根據(jù)上述分析不難看出，不同材料的優(yōu)劣之處存在一定差異，因此適用場合和條件也有所不同。不同煤礦間的工作環(huán)境有所差別，因此在輸送帶材料選取過程中也沒有詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)，需要綜合考慮各項(xiàng)因素進(jìn)行選取。

當(dāng)前輸送帶材料的發(fā)展趨勢是材料的復(fù)合化，將不同材料的優(yōu)勢之處充分結(jié)合。在鋼材中加入鋁等元素，在確保硬度和耐磨性的基礎(chǔ)上提升鋼材的塑性韌性；在軟性材料中加入黑炭等元素，在確保塑性韌性的前提下適當(dāng)增加軟性材料的硬度。

2 帶式輸送機(jī)輸送帶的優(yōu)化選型

2.1 帶式輸送機(jī)輸送帶應(yīng)用缺陷

以潞安化工集團(tuán)某礦作為分析對象，發(fā)現(xiàn)該礦帶式輸送機(jī)種類較多，分別作用于不同的作業(yè)面中。該企業(yè)使用的帶式輸送機(jī)根據(jù)中線層材質(zhì)的不同能夠分為：滌綿帆布芯帶輸送帶、尼龍芯輸送帶、鋼絲繩芯輸送帶等；輸送帶的線層以及厚度也存在一定差異。由于輸送帶種類較多且不同種類間的通用性較差，因此一旦輸送帶出現(xiàn)故障，需要花費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行查找維修，降低了輸送機(jī)的使用效率，增加了工作面的經(jīng)濟(jì)成本。所以需要對輸送帶進(jìn)行詳細(xì)分析，降低輸送帶的種類，提升礦井的維修效率。

2.2 帶式輸送機(jī)輸送帶的優(yōu)化

首先對輸送帶工作過程中主要影響參數(shù)進(jìn)行依次計(jì)算，主要包括輸送帶下垂的最小張力、最大圓周驅(qū)動(dòng)力、不打滑的最小驅(qū)動(dòng)力以及輸送帶的層數(shù)等，根據(jù)計(jì)算結(jié)果選取輸送帶材料。計(jì)算后發(fā)現(xiàn)st5400鋼絲繩芯作為材料能夠滿足輸送帶的重要參數(shù)要求，因此對現(xiàn)有不同種類的輸送帶進(jìn)行統(tǒng)一更換，確保輸送帶滿足使用要求的前提下，提升輸送帶的維修效率。

3 導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)改造研究

3.1 傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)導(dǎo)料槽缺陷分析

輸送帶是煤礦穩(wěn)定生產(chǎn)不可或缺的設(shè)備之一，但是由于長期處于運(yùn)輸狀態(tài)下以及工作環(huán)境的惡劣，使得輸送帶磨損較為嚴(yán)重，降低了輸送帶的使用壽命，增加了煤礦生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)成本。本文對研究對象此前損壞的輸送帶進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，輸送帶失效的主要原因是輸送帶和導(dǎo)料槽間的持續(xù)磨損。所以通過導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方式，降低工作過程中輸送帶和導(dǎo)料槽間的磨損，延長輸送帶的使用壽命。

傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)導(dǎo)料槽基本結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。導(dǎo)料槽擋板的功能主要包括：運(yùn)輸物料的導(dǎo)向作用；避免運(yùn)輸過程中由于振動(dòng)等因素導(dǎo)致的運(yùn)輸物料從導(dǎo)料槽中掉落。因此在設(shè)計(jì)過程中需要確保導(dǎo)料槽擋板的高度足夠，但是正因如此，運(yùn)輸過程中導(dǎo)料槽和輸送帶間的摩擦力較大，使得輸送帶的磨損十分嚴(yán)重。

圖1 傳統(tǒng)導(dǎo)料槽基本結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 帶式輸送機(jī)導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)

輸送帶在物料運(yùn)輸過程中的受力分析：物料和輸送帶間的摩擦力、物料的重力、支撐結(jié)構(gòu)的作用力、接各個(gè)觸面間的摩擦力。上述受力中通過導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)優(yōu)化能夠降低的力包括接觸面間的摩擦力以及支撐結(jié)構(gòu)的作用力等。

導(dǎo)料槽擋板的材料為膠料材質(zhì)，該材料的特性為體積壓縮模量值K 很高，能夠達(dá)到2 GPa，因此一旦出現(xiàn)磨損變形，將會(huì)產(chǎn)生很大的工作阻力，縮短輸送帶的使用壽命。

現(xiàn)階段針對這一問題通常采取調(diào)整距離的方式，也就是通過對輸送帶和擋板間距離的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)受力大小的控制，新型非接觸式導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)如圖2 所示。改造過程中選用橡膠作為材料，通過彈性接觸的方式將擋板和輸送帶間的距離控制在3～5 mm 范圍內(nèi)，避免了二者接觸產(chǎn)生的接觸壓力以及摩擦力等，延長了輸送帶的使用壽命。為了避免間隙落料，通常選用摩擦系數(shù)較小的材料進(jìn)行填充，降低磨損影響。

圖2 新型非接觸式導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)示意圖

4 實(shí)踐應(yīng)用效果分析

當(dāng)前所選礦井投入使用的帶式輸送機(jī)型號(hào)主要包括B1400 型、GX2000 型以及DTL 型等。通過分析得出，將上述型號(hào)的帶式輸送機(jī)輸送帶統(tǒng)一更換為st5400 鋼絲繩芯皮帶，能夠有效降低帶式輸送機(jī)的使用成本，提高輸送效率。

將上文設(shè)計(jì)的非接觸式導(dǎo)料槽安裝在礦井投入使用的帶式輸送機(jī)內(nèi)部后，經(jīng)試驗(yàn)并投入使用，對使用過程的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行跟蹤記錄后可知。新型帶式輸送機(jī)投入使用的1 年多時(shí)間內(nèi)，各型號(hào)輸送機(jī)運(yùn)行過程較為穩(wěn)定，輸送帶無明顯破壞現(xiàn)象，新型非接觸式導(dǎo)料槽降低了輸送帶的磨損破壞、提高了輸送帶的輸送效率、延長了輸送帶的使用壽命。

帶式輸送機(jī)輸送帶型號(hào)的統(tǒng)一以及導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，極大程度地減少了輸送帶當(dāng)前的維修工作量，輸送帶更換頻率降低為原來的60%，用電量降低為原來的88.5%，提升了企業(yè)的利潤空間和礦井開采穩(wěn)定性。