煤礦皮帶輸送機(jī)緩沖托輥的改進(jìn)研究

武小龍

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

引言

皮帶輸送機(jī)具備輸送量大、操作簡便以及運(yùn)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(jī)，因此需要對皮帶輸送機(jī)進(jìn)行搭接，但搭接處很容易導(dǎo)致煤炭拋落，對搭接處下面的皮帶機(jī)托輥造成嚴(yán)重的沖擊，增加托輥所承受的載荷，嚴(yán)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(jī)進(jìn)行了改進(jìn)，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(jìn)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(qiáng)力緩沖型、彈簧板型等類型，其可以有效減輕帶式輸送機(jī)受料處落料對輸送機(jī)的沖擊，具備耐磨損性能。安裝期間，企業(yè)應(yīng)遵循以下幾種原則，一是需要提高安裝密度；二是技術(shù)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(yīng)重點(diǎn)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(dāng)?shù)V井物料差大于6m時應(yīng)使用緩沖托輥，以充分降低物料對皮帶輸送機(jī)的沖擊力度，防止皮帶被硬物撕裂。

2 帶式輸送機(jī)搭接方式

當(dāng)井下開采運(yùn)輸大巷的距離較短時，一般利用一臺皮帶運(yùn)輸機(jī)便可以完成煤炭運(yùn)輸工作。若運(yùn)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(yùn)輸機(jī)才可以完成煤炭的運(yùn)輸工作，此時皮帶運(yùn)輸機(jī)之間需要進(jìn)行搭接。目前多數(shù)礦井開采期間均存在皮帶運(yùn)輸機(jī)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(yùn)輸機(jī)搭接示意圖

3 改進(jìn)緩沖托輥的必要性

由上所知，皮帶運(yùn)輸機(jī)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(yùn)輸機(jī)搭接高度、皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)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(hù)托輥的關(guān)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(yùn)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(yùn)輸效率，礦井企業(yè)應(yīng)改進(jìn)搭接處的緩沖托輥，以確保礦井運(yùn)輸工作的順利進(jìn)行。

實(shí)際運(yùn)輸過程中，皮帶運(yùn)輸機(jī)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(yùn)輸機(jī)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(yù)期的運(yùn)輸效果。對此，還應(yīng)對緩沖托輥進(jìn)行更大的改進(jìn)，以切實(shí)提供其緩沖性能與承載能力，降低企業(yè)的運(yùn)輸成本。

4 緩沖托輥改進(jìn)設(shè)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(zé)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(jìn)機(jī)械設(shè)備，使設(shè)備始終處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。由于煤礦運(yùn)輸距離較長，企業(yè)采用了多臺帶式輸送機(jī)，且在地面導(dǎo)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(jī)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(jìn)行改進(jìn)。

4.1 緩沖托輥改進(jìn)原理

改進(jìn)皮帶輸送機(jī)緩沖托輥主要在原設(shè)計基礎(chǔ)上進(jìn)行，利用曲柄滑塊提高托輥的緩沖保護(hù)性能及承載能力，具體如圖3所示。

圖3 緩沖托輥改進(jìn)設(shè)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(yīng)在L2滑桿上安裝緩沖彈簧，這樣L1在順時針轉(zhuǎn)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(yīng)增大托輥的承載力以有效降低其損壞率。

4.2 設(shè)計方案

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

在改進(jìn)之后，托輥?zhàn)陨碇亓κ沟脧椈杀粔嚎s于兩個擋片之間，保持平衡。之后技術(shù)人員設(shè)計彈簧的倔強(qiáng)系數(shù)便可以確保彈簧的緩沖作用。改進(jìn)后托輥緩沖過程如下，當(dāng)搭接處煤炭拋落時，皮帶會受到一定強(qiáng)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(dāng)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(yuǎn)遠(yuǎn)小于改進(jìn)之前的承載力。由此看出，托輥改進(jìn)主要采用了彈簧的二次緩沖作用，不需要改進(jìn)托輥的原有結(jié)構(gòu)，降低了企業(yè)的維修成本。

4.3 強(qiáng)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(yùn)輸機(jī)搭接高度H、皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)，因此在強(qiáng)度校核時僅考慮搭接高度H、運(yùn)行速度V以及煤炭自身重量Q等因素。

圖4 改進(jìn)后的緩沖托輥示意圖

首先應(yīng)計算靜態(tài)下的沖擊力，結(jié)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(yīng)有效調(diào)節(jié)其壓縮量。皮帶輸送機(jī)運(yùn)行速度會直接影響沖擊力，對此，企業(yè)還應(yīng)確定皮帶運(yùn)輸機(jī)的合理運(yùn)速，并適當(dāng)降低運(yùn)輸機(jī)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(jìn)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(yīng)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(shí)際生產(chǎn)情況，選擇參數(shù)計算動態(tài)載荷，結(jié)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(yīng)高于3 101.0N。

4.4 改進(jìn)效果

自改進(jìn)緩沖托輥后，皮帶運(yùn)輸機(jī)始終運(yùn)行良好，沒有出現(xiàn)損壞問題，這表明改進(jìn)合理，滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。

5 結(jié)語

通過增加緩沖彈簧的改進(jìn)措施調(diào)整緩沖托輥的原有結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行載荷。實(shí)踐證明，此種改進(jìn)方法可以有效避免托輥受到損壞，并在提高帶式輸送機(jī)運(yùn)行效率的同時，減少了維修成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。