礦用皮帶機(jī)運(yùn)輸帶優(yōu)化及導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)改造研究

王玉明

（西山煤電（集團(tuán)）有限公司馬蘭礦，山西古交 030200）

0 引言

礦用皮帶機(jī)的主要作用是將散料運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢?，這種設(shè)備對物料只完成位置的轉(zhuǎn)移，僅要求設(shè)備應(yīng)用靈活，運(yùn)輸路線也比較隨便。皮帶機(jī)技術(shù)的發(fā)展也是比較成熟，皮帶機(jī)主要優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡單，維修更換方便；（2）運(yùn)輸比較平穩(wěn)，可以基本實(shí)現(xiàn)對物料的保護(hù)作用；（3）成本低，可以適應(yīng)比較惡劣的工作環(huán)境；（4）運(yùn)輸能力強(qiáng)，對物料的適應(yīng)能力強(qiáng)[1]。皮帶機(jī)的主要缺點(diǎn)：（1）運(yùn)輸過程比較適應(yīng)直線運(yùn)輸，在有轉(zhuǎn)彎的情況下是不適用的；（2）占地空間比較大；（3）密封性不好，粉狀物料的粉塵污染比較大[2]。

礦用皮帶機(jī)有其自身的優(yōu)缺點(diǎn)，在現(xiàn)代礦業(yè)發(fā)展中占領(lǐng)著不可替代的作用，然而運(yùn)輸帶作為皮帶機(jī)的關(guān)鍵零部件，直接影響著皮帶機(jī)的使用壽命及工作效率。

1 礦用皮帶機(jī)運(yùn)輸帶應(yīng)用缺陷

每個礦場的運(yùn)輸帶基本都不能通用，按材質(zhì)分：普通帆布帶、尼龍帶、EP帶、鋼絲帶等。運(yùn)輸帶的規(guī)格線層從4層到8層線不等；在制造工藝方面，上膠面厚度為4～10 mm[3]。根據(jù)其不同的材質(zhì)和承載能力，有種類繁多的型號，占據(jù)大量的空間和資源，從而造成了不必要的浪費(fèi)；同時對備件設(shè)備的選擇和檢修都帶來了比較大的困難。因此對礦場皮帶機(jī)所用的輸送帶進(jìn)行全面校核，減少規(guī)格型號，對輸送帶進(jìn)行優(yōu)化處理，意義重大。

2 礦用皮帶機(jī)運(yùn)輸帶優(yōu)化

（1）運(yùn)輸帶下垂的最小張力[4]

式中：qB為運(yùn)輸帶每米長度的質(zhì)量，kg/m；qG為輸送物料每米長度的質(zhì)量，kg/m；g為重力加速度，g=9.8 m/s2；a為帶輪中心距，單位m，h為帶輪厚度，單位m。

（2）最大圓周驅(qū)動力

式中：Fu為圓周驅(qū)動力，N；Ka為驅(qū)動力系數(shù)。

（3）運(yùn)輸帶不打滑的最小驅(qū)動力

綜合式（1）、（2），一般情況下，保證運(yùn)輸帶不打滑的最小驅(qū)動力[5]為：

式中：euφ一般取2.5。

通過以上運(yùn)算可以找到滿足運(yùn)輸穩(wěn)定性的最基本的運(yùn)輸帶承載能力。

（4）運(yùn)輸帶的層數(shù)[6]

理論計算如下：

式中：B為帶寬，m；σ為物料密度，kg/m3。

通過理論計算，對運(yùn)輸帶的類型進(jìn)行優(yōu)化，可以確定一款皮帶機(jī)在穩(wěn)定安全運(yùn)輸?shù)那闆r下，所需要的最基本的運(yùn)輸帶型號及規(guī)格，從而進(jìn)行優(yōu)化，減少其種類，降低了管理及檢修的復(fù)雜性。

3 傳統(tǒng)皮帶機(jī)導(dǎo)料槽缺陷

運(yùn)輸帶的類型優(yōu)化對礦場的管理及占地和檢修費(fèi)用有了很大的改善。然而運(yùn)輸帶作為礦用運(yùn)輸機(jī)最關(guān)鍵的零部件，價格昂貴，耐久性差。為了進(jìn)一步提升運(yùn)輸帶的使用壽命，對失效的運(yùn)輸帶進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)大約80%的失效都是由于導(dǎo)料槽擋板對運(yùn)輸帶的磨損導(dǎo)致的。因此有必要對導(dǎo)料槽擋板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到延長運(yùn)輸帶壽命的目的。

導(dǎo)料槽擋板的作用主要有兩個方面：一是可以對物料起到導(dǎo)料的作用，給物料一個正確的傳輸方向；二是密封作用，防止物料粉塵溢出。傳統(tǒng)導(dǎo)料槽的基本機(jī)構(gòu)如圖1所示。傳統(tǒng)的導(dǎo)料槽通過擋板與運(yùn)輸帶之間的壓力來實(shí)現(xiàn)密封和導(dǎo)料的相互作用，而在此壓力條件下，導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)上既會產(chǎn)生一定的多余的負(fù)荷，也會對輸送帶產(chǎn)生很大的磨損。

圖1 傳統(tǒng)導(dǎo)料槽的基本機(jī)構(gòu)示意圖

4 皮帶機(jī)導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)改造升級

運(yùn)輸帶在運(yùn)輸過程中主要承受的外力有：（1）物料和運(yùn)輸帶的摩擦力；（2）清掃器、卸料器等固定部件對支撐運(yùn)輸帶來的阻力；（3）物料提升所需要的阻尼；（4）導(dǎo)料槽摩擦阻力。通過分析可以得出物料和運(yùn)輸帶的摩擦力、物料提升所需要的阻尼都是必須要克服的必要阻力；而導(dǎo)料槽的摩擦阻力、清掃器和卸料器等固定部件對支撐運(yùn)輸帶來的阻力是可以進(jìn)行優(yōu)化的不必要阻力。

導(dǎo)料槽的擋板一般是選擇膠料的材質(zhì)，而橡膠的小變形彈性理論[7]如下：

式中：K為體積壓縮模量，GPa；P為施加壓力，Pa；ΔV為收縮體積，m3；V0為壓力初始體積，m3。

橡膠類的體積壓縮模量很高，由此可以說明：只要導(dǎo)料槽攔板發(fā)生一點(diǎn)變形就會產(chǎn)生對應(yīng)的阻力，從而對運(yùn)輸帶產(chǎn)生磨損。

針對以上分析，對導(dǎo)料槽的擋板進(jìn)行了改造設(shè)計，采用非接觸式的擋板結(jié)構(gòu)。非接觸式的導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)如圖2所示。通過將原來擋板與輸送帶之間的接觸進(jìn)行疏離，同時分別設(shè)置了導(dǎo)料裝置和密封裝置，采用廢舊的橡膠材質(zhì)皮帶作為導(dǎo)料裝置，但是與輸送帶之間有3mm左右的間隙，不與輸送帶產(chǎn)生直接接觸，從而避免了接觸應(yīng)力。在縫隙處使用軟質(zhì)的布料，由于材質(zhì)較軟也不會產(chǎn)生很大的摩擦，也可以使用小滾輪，滾動摩擦也會對阻力有很大的改善作用。

圖2 非接觸式的導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)示意圖

5 皮帶機(jī)改造前后的性能對比

對導(dǎo)料槽改造前的一段運(yùn)輸帶受力分析，受力分析圖如圖3所示。假設(shè)皮帶變形內(nèi)徑為r，厚度為h，變形處夾角為α，欄板總長度為l，則變形狀態(tài)V′體積[8]為：

圖3 改造后的導(dǎo)料槽受力分析

然而改造后擋板不與輸送帶產(chǎn)生直接接觸，所以基本沒有摩擦力表現(xiàn)，而下面的軟質(zhì)密封材料，質(zhì)地很輕，摩擦力也基本可以忽略不計。

6 結(jié)束語

本文對運(yùn)輸帶的種類進(jìn)行了優(yōu)化，并對導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造，設(shè)計出一種非接觸式的導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)。

運(yùn)輸帶種類及型號繁多，通用性不好。不僅給采購部門增加工作量，同時對煤礦企業(yè)產(chǎn)生較大的占地面積浪費(fèi)及資源浪費(fèi)。因此對輸送帶的型號及規(guī)格進(jìn)行優(yōu)化統(tǒng)一，通過計算得到可以使輸送機(jī)穩(wěn)定工作的基本能力，從而可以給出更多的輸送帶選擇空間，減少了輸送帶的型號和規(guī)格，因此降低了公司的資源浪費(fèi)及成本。

通過對輸送帶層數(shù)的計算，可以選擇直接可靠的層數(shù)即可，不必要保守選擇，造成一定的浪費(fèi)。

通過改造導(dǎo)料槽的結(jié)構(gòu)，即非接觸式的導(dǎo)料槽，有效降低了擋板與輸送帶之間的磨損，從而降低了輸送帶的壓力，減少磨損，提高了輸送帶的使用壽命。為企業(yè)降低運(yùn)輸帶消耗42.8%，節(jié)省了約10.4%的電能消耗。