帶式輸送機頭部雙向清掃器設(shè)計及應(yīng)用

王曉斌

(華電江蘇能源有限公司句容發(fā)電分公司，江蘇 句容 212413)

0 引言

帶式輸送機是火力發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)的主要設(shè)備，其運行狀況直接影響發(fā)電機組的燃煤供應(yīng)[1]。帶式輸送機因頭部清掃器清掃效果不良，膠帶回程段工作面會攜帶殘留物料，造成環(huán)境污染和膠帶跑偏。為解決此難題，部分制造廠家設(shè)計制造了好幾代僅能用于單向運行帶式輸送機的頭部清掃器，安裝臺數(shù)越來越多，制造成本也越來越高，但清掃效果始終不盡如人意且易損傷膠帶，存在安全隱患。因此，設(shè)計一款結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、使用可靠、應(yīng)用范圍廣和清掃效果好的清掃器是業(yè)內(nèi)用戶共同需求。

1 頭部清掃器安裝及作用

帶式輸送機膠帶工作面上殘留物料會撒落至回程段地面，造成環(huán)境污染；殘留物料也會黏結(jié)在托輥或滾筒上，造成膠帶跑偏。頭部清掃器主要用于帶式輸送機膠帶工作面上殘留物料的清掃，安裝于帶式輸送機頭部滾筒處，為了改善清掃效果和保護膠帶，頭部清掃器應(yīng)具有補償和退讓功能，以降低安全風(fēng)險。為進一步改善清掃效果，大部分制造廠家要求用戶在帶式輸送機頭部滾筒處安裝兩道清掃器，但清掃始終達不到預(yù)期效果。

常見的頭部清掃器不能應(yīng)用于雙向運行的帶式輸送機，為解決此問題，部分用戶在帶式輸送機的頭、尾部滾筒處各安裝1道或2道頭部清掃器。膠帶變向運行時，位于尾部的清掃器，尤其是第1道清掃器的刀頭磨損后會導(dǎo)致膠帶再次變向運行，刀頭近物料端與膠帶存在一夾角，夾角處殘留物料會引起刀頭與膠帶分離，清掃效果更差。

2 常見的頭部清掃器

2.1 合金刀頭頭部清掃器

合金刀頭頭部清掃器主要由刀頭、刮板、橡膠緩沖塊和支架組件組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該頭部清掃器的刀頭選用合金材料，經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面淬火處理后，表面硬度較高[2]，使用壽命較長，但在實際安裝和使用過程中存在以下缺點和安全隱患。

(1)清掃器應(yīng)具有的補償和退讓功能都靠橡膠緩沖塊自身具有的彈性來實現(xiàn)，補償和退讓功能不完善，補償和退讓量小。

圖1 合金刀頭頭部清掃器

Fig.1 Alloy cutter head cleaner

(2)清掃器的刀頭和刮板合件采用分段式結(jié)構(gòu)，每段之間不可避免地會存在間隙，膠帶工作面殘留的物料不可能被完全清掃干凈。

(3)因刮板外形尺寸較大，安裝清掃器時需在帶式輸送機頭部漏斗護罩兩側(cè)板上切割矩形孔，孔與支架組件間采用橡膠板密封，密封效果差，橡膠板易破損，撒煤、揚塵現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)。

(4)受安裝條件限制，清掃器回轉(zhuǎn)中心與刀頭和膠帶的接觸點連線不可能處于滾筒切線方向。膠帶運行過程中，膠帶存在的損傷凸起會對刀頭產(chǎn)生沖擊，形成逆時針方向的力矩，刮板易發(fā)生彎曲塑性變形，存在損傷膠帶的安全隱患。

因合金刀頭頭部清掃器存在以上缺點和安全隱患，現(xiàn)在已基本退出市場。

2.2 聚氨酯刀頭頭部清掃器

聚氨酯刀頭頭部清掃器主要由刀頭、支架組件、支座及補償和退讓裝置組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 聚氨酯刀頭頭部清掃器

Fig.2 Polyurethane cutter head cleaner

聚氨酯刀頭頭部清掃器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，刀頭采用聚氨酯材料整體制成，采用兩道布置安裝方式，其清掃效果優(yōu)于合金刀頭頭部清掃器，但存在以下缺點：(1)刀頭選用聚氨酯材料，其使用壽命比合金刀頭短；(2)由于采用兩道布置安裝方式，制造成本較高；(3)因刮板外形尺寸較大，安裝第1道清掃器時需在帶式輸送機頭部漏斗護罩兩側(cè)板上切割矩形孔，孔與支架組件間采用橡膠板密封，密封效果差，橡膠板易破損，安裝第2道清掃器時同樣會出現(xiàn)以上問題。

現(xiàn)階段，國內(nèi)火力發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)的帶式輸送機基本都采用聚氨酯刀頭頭部清掃器，因安裝、調(diào)整和維護的差異，使用效果達不到預(yù)期。

3 雙向清掃器設(shè)計思路

清掃效果良好、安裝要求不高、密封可靠和應(yīng)用范圍廣應(yīng)是頭部清掃器的設(shè)計重點，同時還要力求設(shè)計合理、結(jié)構(gòu)簡單、較易實施、調(diào)整方便、制造成本低。

新設(shè)計的清掃器采用整體式刀頭或兩道沿膠帶縱向錯開分段間隙布置的刀頭，以避免分段式刀頭清掃器清掃不徹底的問題。常見的頭部清掃器只適用于單向運行的帶式輸送機，是因為刀頭結(jié)構(gòu)設(shè)計不對稱，只要合理設(shè)計刀頭結(jié)構(gòu)且采用對稱布置安裝就能解決此問題。采用柔索替代剛性支架，設(shè)計密封可靠的支座和滑塊，可解決密封不良的問題。雙向清掃器的補償和退讓功能的實現(xiàn)不存在技術(shù)難點，只要保證補償和退讓量合適、動作可靠正確就能滿足使用要求。

4 雙向清掃器設(shè)計方案

新設(shè)計的帶式輸送機用雙向清掃器主要由刀頭、刀座、緊定螺釘、鍍鋅鋼絲繩、支座、滑塊、中空絲桿、螺母、碗形墊圈、圓柱螺旋壓縮彈簧、座圈和鎖緊套組件組成[3]，其結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示。

圖3 雙向清掃器

Fig.3 Two-way cleaner

4.1 雙向清掃器本體設(shè)計

雙向清掃器本體由刀頭、刀座、緊定螺釘和鍍鋅鋼絲繩組成，刀頭采用整體式結(jié)構(gòu)，2道清掃器對稱布置；刀座采用分段式結(jié)構(gòu)，適用于雙向運行的帶式

圖4 支座和滑塊安裝示意

Fig.4 Support and slider installation

輸送機；刀頭和鋼絲繩均穿入刀座中，與緊定螺釘組成雙向清掃器本體。整體刀頭選用40CrMo材料，經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面淬火處理后，表面硬度達56～60 HRC；刀座選用Q345B材料；鋼絲繩選用鍍鋅鋼絲繩[3]，防止腐蝕，延長使用壽命，其相當于常見清掃器的支架。

雙向清掃器結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，刀頭和刀座在鋼絲繩上定位調(diào)整方便、固定可靠。

4.2 補償和退讓裝置設(shè)計

由圖3可以看出，補償和退讓裝置由支座、滑塊、中空絲桿、螺母、碗形墊圈、圓柱螺旋壓縮彈簧、座圈和鎖緊套組件組成，中空絲桿、螺母、碗形墊圈、圓柱螺旋壓縮彈簧和座圈只需于一側(cè)布置安裝。圓柱螺旋壓縮彈簧采用65Mn材料，其余零部件采用20鋼和Q345B材料。補償和退讓裝置結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，固定可靠，密封優(yōu)良，安裝調(diào)整方便。

4.3 鎖緊套設(shè)計

鎖緊套組件由外螺紋套、緊定螺釘、內(nèi)螺紋套、鎖緊環(huán)和壓圈組件組成(如圖5所示)，鎖緊環(huán)選用42CrMo材料，調(diào)質(zhì)處理，其余零件選用45鋼材料。鎖緊環(huán)采用圓錐環(huán)狀結(jié)構(gòu)(如圖6所示)，小徑端切割成4段圓弧，組成可收縮的四爪結(jié)構(gòu)。

圖5 鎖緊套組件

Fig.5 Locking sleeve assembly

圖6 鎖緊環(huán)

Fig.6 Locking ring

鎖緊套與鋼絲繩裝配時，先將鋼絲繩依次穿過內(nèi)螺紋套、壓圈、6只鎖緊環(huán)和外螺紋套；調(diào)整鋼絲繩至合適長度后，擰緊外螺紋套上的2只緊定螺釘，將外螺紋套準確定位在鋼絲繩上，再套上內(nèi)螺紋套并擰緊。擰緊過程中鎖緊套的四爪緊扣在鋼絲繩上，鎖緊套組件進一步與鋼絲繩牢固連接。

5 雙向清掃器安裝和調(diào)試

先按圖7在頭部漏斗兩側(cè)板上切割兩個腰形孔，保證雙向清掃器安裝后第1道刀頭低于滾筒水平中心線；再按圖3組裝刀頭、刀座、緊定螺釘和鋼絲繩，把兩端鋼絲繩分別從漏斗兩側(cè)板腰形孔處抽出；最后在一端依次安裝支座、滑塊、中空絲桿、螺母、碗形墊圈、圓柱螺旋壓縮彈簧、座圈和鎖緊套組件，另一端依次安裝支座、滑塊和鎖緊套組件。兩端安裝時確保鋼絲繩長度足夠，安裝結(jié)束后切除多余的鋼絲繩。

圖7 雙向清掃器安裝和調(diào)整示意

Fig.7 Two-way cleaner installation and adjustment

按圖7調(diào)整支座上的螺釘，移動滑塊，保證鋼絲繩兩端都處于近回轉(zhuǎn)軸線，與滾筒母線形成5°±1°的夾角，調(diào)整結(jié)束后鎖緊螺釘螺母。然后調(diào)整中空絲桿上的螺母，壓縮圓柱螺旋壓縮彈簧，測量清掃器本體的向下?lián)隙?應(yīng)不大于3 mm)，保證圓柱螺旋壓縮彈簧的預(yù)緊力合適，清掃器具有補償功能。帶式輸送機運行過程中，膠帶存在的損傷凸起經(jīng)過刀頭時，圓柱螺旋壓縮彈簧會被進一步壓縮，清掃器便具有退讓功能。

6 雙向清掃器的應(yīng)用

雙向清掃器的刀頭采用兩道對稱布置安裝方式，能應(yīng)用于雙向運行的帶式輸送機；雙向清掃器結(jié)構(gòu)簡單、外形尺寸小、自身質(zhì)量小、安裝條件要求低、原有結(jié)構(gòu)件改動小、密封可靠；雙向清掃器安裝位置變更容易，安裝后調(diào)整方便，能保證被清掃下的物料順暢落入頭部漏斗中，避免出現(xiàn)漏斗內(nèi)積料和漏斗溢料情況。

輸煤系統(tǒng)有些設(shè)備配置帶式輸送機，如折返式斗輪堆取料機，其尾車上的頭部滾筒處無法安裝頭部清掃器，膠帶回程段工作面攜帶的殘留物料撒漏嚴重，現(xiàn)場文明生產(chǎn)工作量大。該雙向清掃器只需加裝簡易支架后便可安裝于雙向運行帶式輸送機的所有滾筒處。

7 結(jié)束語

該雙向清掃器在華電江蘇能源有限公司句容發(fā)電分公司裝船機尾車頭部滾筒處安裝后，使用半年多以來，未出現(xiàn)任何故障，清掃器工作可靠，補償和退讓裝置動作正確，清掃效果優(yōu)良。目前，該雙向清掃器已申請中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局發(fā)明和實用新型專利，并在其他電廠輸煤系統(tǒng)帶式輸送機上推廣使用。