DTL 型礦用皮帶輸送機結構缺陷分析及改進措施

劉 曉 慶

（山西潞安集團安全儀器測試中心，山西 長治 046204）

0 引 言

皮帶具有動力足、便于操作，輸送能力強，輸送平穩(wěn)，運送量大等優(yōu)點[1]，皮帶輸送機在煤礦中得到了廣泛運用，給礦井運輸帶了顯著的變化。雖然針對皮帶運輸機在運行過程中出現(xiàn)的問題，許多礦山結合自己的生產(chǎn)實踐，對帶式輸送機的相關部件進行了改進[2]。但是，對托輥損傷、減速器斷軸、皮帶跑偏的改善效果并不明顯，因此，研究DTL 型礦用帶式輸送機的結構缺陷并提出改進措施具有重要意義。

1 結構缺陷分析

圖1 DTL 型皮帶機結構示意圖

帶式輸送機是連續(xù)輸送貨物的裝置，伸縮式帶式輸送機在傳統(tǒng)的帶式輸送機上增加了一個自動移動的機尾。當自走式機器的尾部向前移動時，張緊裝置將小車移動到尾部末端，在尾部收回的膠帶被收集到存儲裝置中。皮帶輸送機主要由機械部分、電氣部分和加載部分組成。機械部分包括機頭、機身、機尾、自動移動機尾、驅(qū)動裝置、存儲裝置、裝載裝置等[3]。DTL型礦用皮帶輸送機機結構簡圖詳見圖1 所示。

煤礦DTL 型可伸縮皮帶機技術參數(shù)見表1。

表1 DTL 型皮帶機技術參數(shù)

2.1 托輥破壞

皮帶輸送機在工作過程中，由于設備長時間運行，有可能會在設備的接縫處掉落煤炭，次數(shù)多之后可能會對皮帶輸送機造成損壞[4]。因為煤炭從較高位置跌落下來，在重力作用下必定會對皮帶輸送機的加速度造成影響，比如大塊的堅硬煤巖塊在跌落過程中對皮帶造成巨大的沖擊損毀，沖擊載荷通過傳遞，造成托輥載荷瞬時增加，引起托輥損傷，這也增加了皮帶輸送機的維修次數(shù)。

2.2 減速器斷軸分析

在帶式輸送機的正常生產(chǎn)中，每使用一段時間后，動力電機與帶式輸送機減速器之間的連接軸就會斷裂[5]。仔細觀察和分析了斷裂的形狀和位置，減速器軸的斷裂點位于軸承的中間，斷面形狀為殼形，是典型的疲勞斷裂。在減速系統(tǒng)的工作過程中，斷裂點受到較大的拉應力，使減速軸偏離中心位置，并在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下產(chǎn)生較大的剪應力，兩個力在疲勞應力中反復疊加在減速軸上。一旦皮帶輸送機運轉(zhuǎn)必然導致減速器軸斷裂。通過對液力偶合器的狀態(tài)分析，液力偶合器重量較大，安裝在減速器端部，使減速軸承受較大的徑向應力，使減速軸不平衡，平衡性差，液壓耦合器與減速軸的裝配誤差也會產(chǎn)生剪應力，進一步促進減速器軸斷裂。

2.3 皮帶跑偏分析

帶式輸送機在運行過程經(jīng)常出現(xiàn)跑偏問題[6]，皮帶輸送機運行應當遵循以下三個原則：緊密運行、平穩(wěn)運行、不高低速度交替運行。只要帶式輸送機不同位置的張力存在一定差異，皮帶就會向相對較大的張力位置跑偏。如果帶式運輸機在不同位置的高度不同，則皮帶會向相對較低的位置偏移。在實際安裝過程中，如果滾筒支撐結構與皮帶輸送裝置的垂直面不一致，且一端在前面，另一端在后面，則皮帶向后面偏移。

3 改進措施

3.1 托輥改進

對緩沖托輥進行改造，可以增加緩沖裝置，以緩解帶來的沖擊力，在一定程度上增加皮帶輸送機的壽命，如圖2 為DTL 型礦用皮帶機改進后的緩沖托輥。DTL 型皮帶機改進后的緩沖托輥在自重作用下，兩個片之間就緩沖彈簧作為平衡系統(tǒng)。設計合理的緩沖彈簧，考慮一定的彈力富裕系數(shù)，在皮帶承載瞬時載荷沖擊時就能夠起緩沖作用。改進后的緩沖托輥能顯著降低因沖擊載荷對其造成的損壞，還能為皮帶形成一定的緩沖作用，有利于皮帶輸送機快速運行。

圖2 DTL 型皮帶機改進后的緩沖托輥

3.2 減速器軸改進

1)安裝液力偶合器和聯(lián)軸時，使用百分表或激光對中儀等精密儀器進行對中，以提高DTL 型礦用皮帶輸送機總的精度，保證電機主軸、聯(lián)軸節(jié)、液力偶合器和減速軸在中心線上，裝配誤差控制在0.01mm 以內(nèi)，避免了同軸度誤差而產(chǎn)生的附加應力。

2）液力偶合器安裝在電機輸出軸的一側，使電機輸出軸的承載力和減速軸的承載力均勻分布在軸承上，從而減少了對換檔軸的作用力，減少斷裂的可能性。

3）加強換擋軸的檢修，制定相關制度，定期檢查，定期維護軸承，使其保持平穩(wěn)狀態(tài)。設備運行后，如有摩擦、振動等噪聲，應及時檢查聲源。及時判斷維修情況。

DTL 型皮帶機減速器軸改進前后皮帶所受張緊力進行了測試，測試結果如圖3 所示。

圖3 DTL 型皮帶機減速器軸改進前后皮帶所受張緊力

圖3（a）是張力的原始數(shù)據(jù)曲線，帶式輸送機在啟動和制動過程中會產(chǎn)生一定的沖擊，這將引起輸送機的振動，整個運行過程中輸送機的振動，頭部張力在輸送機啟動時略有降低。圖3（b）當帶式輸送機啟動時，張力減小，第一級的張力開始比第二級大得多。輸送機啟動后，恒速運行期間張力穩(wěn)定。在輸送機的制動過程中，輸送帶在輸送機頭部的加速方向與施加在輸送帶上的張力方向相反，因此在制動過程中增加了輸送帶的張力。在整個輸送機運行過程中，張力的波動并不特別嚴重。

3.3 自動糾偏

本論文設計的帶式輸送機自動糾偏裝置由一個糾偏夾和一個糾偏托輥組成。在實際安裝過程中，皮帶校正輥裝置安裝在驅(qū)動輥裝置和反轉(zhuǎn)輥裝置附近，糾偏夾控制裝置安裝在驅(qū)動輥裝置和校正支撐裝置的固定位置附近，并安裝校正裝置。支撐輥構件在固定端位置與框架結構位置鉸接連接，以保證校正輥構件在調(diào)整端位置受到氣缸推力，固定位置的鉸點可用作支點，完成旋轉(zhuǎn)操作，使皮帶按一定角度運行。這樣，在滾筒的推動下，校正輥件調(diào)整端的位置可以改變輥件與皮帶輸送方向的夾角，自動校正皮帶跑偏問題。DTL 型礦用皮帶輸送機糾偏夾和調(diào)心托輥三維圖詳見圖4 和圖5。

圖4 DTL 型皮帶機糾偏夾

圖5 DTL 型皮帶機糾偏結構三維圖

4 改進效果

結構改進后的DTL 型礦用帶式輸送機在煤礦井下進行了現(xiàn)場試驗，在試驗過程中，皮帶機上裝有大量的煤，試驗期間托輥沒有發(fā)生斷裂。改造后的皮帶輸送機具有工作穩(wěn)定，噪音低等優(yōu)點。使用過程中也沒發(fā)現(xiàn)減速器斷軸現(xiàn)象，運煤能力大幅度提高，保證了采煤工作的順利進行。2018 年以后，通過對皮帶自動糾偏裝置的改進和應用，實現(xiàn)了對皮帶跑偏的動態(tài)管理，降低了皮帶機的故障率，延長了皮帶的使用壽命，降低了輸送機的維護成本。帶式輸送機設備具有很好的糾偏效果，未發(fā)生皮帶跑偏事故，保證了正常的采煤作業(yè)效率。

5 結 論

針對DTL 型礦用帶式輸送機的托輥損傷、減速器斷軸、皮帶跑偏等結構缺陷問題，論文分別分析研究了結構缺陷并提出改進措施，主要得出以下結論：

1）簡單介紹了DTL 型帶式輸送機結構參數(shù)，分析了托輥損傷、減速器斷軸、皮帶跑偏原因。

2）針對DTL 型帶式輸送機托輥損傷、減速器斷軸、皮帶跑偏問題，提出了相應改進措施。

3）DTL 型礦用帶式輸送機在煤礦井下現(xiàn)場試驗期間，運行平穩(wěn)，輸送能力強，未在發(fā)生托輥損傷、減速器斷軸、皮帶跑偏等結構缺陷問題。

通過對DTL 型礦用帶式輸送機結構缺陷的改進，延長了皮帶輸送機的使用壽命，降低了皮帶輸送機的維護成本，提高了礦井的運輸效率。