帶式輸送機輸送帶選型及導料槽結構改進優化研究

李書有

（潞安化工集團常村煤礦， 山西 長治 046100）

引言

帶式輸送機是礦井生產過程中的常用設備之一，其主要作用是將綜采工作面開采的煤礦運輸轉移至指定區域，由于其特有的優勢現已在煤礦企業礦井生產過程中得到廣泛應用。但是隨著礦井開采深度的不斷增加，水文地質環境逐漸惡劣，影響著帶式輸送機的使用效率和使用壽命。本文選取潞安化工集團現階段使用的帶式輸送機作為研究對象，在現有結構的基礎上側重優化導料槽等結構，提高了帶式輸送機的工作穩定性和運輸效率。

1 輸送帶的材料選型與對比

帶式輸送機在不同礦井以及同一礦井不同區域工作時受力存在一定差異，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的受力情況，確保選取的材料滿足礦井實際使用需求。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，主要優勢在于承載能力較強以及物理力學性能較好，因此能夠滿足大運輸量前提下的高速運輸需求；第二類是尼龍、棉質以及橡膠等材料，相較于鋼絲繩芯運輸量和運輸速度稍差。

通過對比不難看出，雖然鋼絲繩芯的各項物理力學性能相對較優，但是由于煤礦作業面通常為地下深處，環境濕度較高，因此鋼材在該環境下極易出現腐蝕現象，降低輸送帶的使用壽命以及運輸效率。

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

1）物理性質角度：常規條件下鋼材的強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：鋼材的屈服強度和疲勞強度相對較大，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較高，能夠適應高溫場合的作業，而軟性材料極易由于高溫出現融化現象；

4）抗腐蝕性：鋼材在潮濕的空氣中極易出現腐蝕現象，因此在煤礦工作中應當定期涂抹防銹劑，延長使用壽命。軟性材料通常為復合材料，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產生較大的摩擦力，由此導致過大的噪聲，適用于自動化生產，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出下降的趨勢，由此導致低溫環境下鋼材輸送帶極易出現斷裂破壞等現象，選取時應當充分考慮環境溫度；

7）抗磨損性：不論何種材料，在使用過程中均會逐漸磨損，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生火災等事故；

8）經濟性：相較于復合材料而言，鋼材的價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，因此經濟成本顯著下降。

根據上述分析不難看出，不同材料的優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境有所差別，因此在輸送帶材料選取過程中也沒有詳細的標準化指標，需要綜合考慮各項因素進行選取。

當前輸送帶材料的發展趨勢是材料的復合化，將不同材料的優勢之處充分結合。在鋼材中加入鋁等元素，在確保硬度和耐磨性的基礎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增加軟性材料的硬度。

2 帶式輸送機輸送帶的優化選型

2.1 帶式輸送機輸送帶應用缺陷

以潞安化工集團某礦作為分析對象，發現該礦帶式輸送機種類較多，分別作用于不同的作業面中。該企業使用的帶式輸送機根據中線層材質的不同能夠分為：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故障，需要花費大量時間進行查找維修，降低了輸送機的使用效率，增加了工作面的經濟成本。所以需要對輸送帶進行詳細分析，降低輸送帶的種類，提升礦井的維修效率。

2.2 帶式輸送機輸送帶的優化

首先對輸送帶工作過程中主要影響參數進行依次計算，主要包括輸送帶下垂的最小張力、最大圓周驅動力、不打滑的最小驅動力以及輸送帶的層數等，根據計算結果選取輸送帶材料。計算后發現st5400鋼絲繩芯作為材料能夠滿足輸送帶的重要參數要求，因此對現有不同種類的輸送帶進行統一更換，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 導料槽結構改造研究

3.1 傳統帶式輸送機導料槽缺陷分析

輸送帶是煤礦穩定生產不可或缺的設備之一，但是由于長期處于運輸狀態下以及工作環境的惡劣，使得輸送帶磨損較為嚴重，降低了輸送帶的使用壽命，增加了煤礦生產的經濟成本。本文對研究對象此前損壞的輸送帶進行分析后發現，輸送帶失效的主要原因是輸送帶和導料槽間的持續磨損。所以通過導料槽結構優化的方式，降低工作過程中輸送帶和導料槽間的磨損，延長輸送帶的使用壽命。

傳統帶式輸送機導料槽基本結構示意圖如圖1所示。導料槽擋板的功能主要包括：運輸物料的導向作用；避免運輸過程中由于振動等因素導致的運輸物料從導料槽中掉落。因此在設計過程中需要確保導料槽擋板的高度足夠，但是正因如此，運輸過程中導料槽和輸送帶間的摩擦力較大，使得輸送帶的磨損十分嚴重。

圖1 傳統導料槽基本結構示意圖

3.2 帶式輸送機導料槽結構改造設計

輸送帶在物料運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、支撐結構的作用力、接各個觸面間的摩擦力。上述受力中通過導料槽結構優化能夠降低的力包括接觸面間的摩擦力以及支撐結構的作用力等。

導料槽擋板的材料為膠料材質，該材料的特性為體積壓縮模量值K 很高，能夠達到2 GPa，因此一旦出現磨損變形，將會產生很大的工作阻力，縮短輸送帶的使用壽命。

現階段針對這一問題通常采取調整距離的方式，也就是通過對輸送帶和擋板間距離的調節實現受力大小的控制，新型非接觸式導料槽結構如圖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，避免了二者接觸產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，通常選用摩擦系數較小的材料進行填充，降低磨損影響。

圖2 新型非接觸式導料槽結構示意圖

4 實踐應用效果分析

當前所選礦井投入使用的帶式輸送機型號主要包括B1400 型、GX2000 型以及DTL 型等。通過分析得出，將上述型號的帶式輸送機輸送帶統一更換為st5400 鋼絲繩芯皮帶，能夠有效降低帶式輸送機的使用成本，提高輸送效率。

將上文設計的非接觸式導料槽安裝在礦井投入使用的帶式輸送機內部后，經試驗并投入使用，對使用過程的相關參數進行跟蹤記錄后可知。新型帶式輸送機投入使用的1 年多時間內，各型號輸送機運行過程較為穩定，輸送帶無明顯破壞現象，新型非接觸式導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。

帶式輸送機輸送帶型號的統一以及導料槽結構的優化，極大程度地減少了輸送帶當前的維修工作量，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%，提升了企業的利潤空間和礦井開采穩定性。