煤礦帶式輸送機(jī)緩沖托輥的改進(jìn)分析

趙蜜云

（大同煤礦集團(tuán)公司 煤峪口礦，山西 大同037041）

作為礦井煤炭運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備，帶式輸送機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾方面：第一，輸送能力大；第二，自動(dòng)化程度高；第三，操作簡單；第四，運(yùn)輸費(fèi)用低。目前帶式輸送機(jī)在國內(nèi)外很多大、中型礦井得到了普遍推廣和應(yīng)用。但由于經(jīng)濟(jì)因素、社會(huì)的不斷發(fā)展，以及在煤炭高效開采的大背景下，對(duì)帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸能力提出了更高的要求，為此很多礦井結(jié)合自身生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)帶式輸送機(jī)相關(guān)部位做了相應(yīng)的改進(jìn)，但在托輥破壞問題上所做的改進(jìn)效果卻不是很明顯，因此，研究煤炭拋落沖擊力對(duì)托輥造成的問題并改進(jìn)托輥具有十分重要的意義。

1 帶式輸送機(jī)的搭接方式及其對(duì)托輥的危害

1.1 帶式輸送機(jī)的搭接方式

當(dāng)前很多現(xiàn)代化大、中型礦井均采用帶式輸送機(jī)完成煤炭的運(yùn)輸工作，井下開挖的運(yùn)輸大巷長度較長，一般都超過千米。若井下運(yùn)輸大巷距離在千米以上且存在拐彎，則須采用兩條以上的帶式輸送機(jī)，兩帶式輸送機(jī)之間須實(shí)行搭接，才能完成煤炭的運(yùn)輸工作。常見的帶式輸送機(jī)搭接方式主要有以下兩種：一是直線搭接方式；二是有角度搭接方式（見圖1）。

圖1 帶式輸送機(jī)搭接方式示意

1.2 帶式輸送機(jī)搭接對(duì)托輥造成的破壞問題

帶式輸送機(jī)在工作過程中，由于搭接處煤炭的拋落對(duì)搭接處下面的皮帶及托輥造成沖擊，甚至?xí)?duì)其造成破壞。由圖1可知，煤炭拋落時(shí)所形成的沖擊力F是造成皮帶及托輥破壞的主要因素，主要體現(xiàn)在以下兩方面：第一，拋落的煤炭（尤其是大塊堅(jiān)硬煤巖）對(duì)皮帶造成較大的沖擊力，大大縮減了其使用壽命；第二，這種沖擊力增加了托輥的承受載荷，增大了其維修的頻率。

1.3 帶式輸送機(jī)搭接對(duì)托輥造成破壞的原因分析

對(duì)皮帶及托輥造成破壞的主要原因是搭接處煤炭拋落時(shí)產(chǎn)生的沖擊力。由圖1可知，沖擊力的大小主要取決于以下幾個(gè)因素：第一，帶式輸送機(jī)搭接高度H；第二，帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度V；第三，煤炭自身的重量Q；第四，煤巖塊的棱角A。

沖擊力表達(dá)式為：F＝（H、V、Q、A）

2 改進(jìn)緩沖托輥的必要性

沖擊力隨著這四種因素的增加而變大，因此，若成功實(shí)現(xiàn)對(duì)四種因素的控制，則在一定條件下可減小煤炭拋落的沖擊力，進(jìn)而降低皮帶及托輥的損壞率。但由于改變H、V、Q等條件的限制性因素較多，因此，在提高煤炭運(yùn)輸效率的基礎(chǔ)上，改進(jìn)搭接處的緩沖托輥，可更好地降低托輥的破壞率，保證礦井運(yùn)輸工作順利進(jìn)行。

現(xiàn)場實(shí)際中，帶式輸送機(jī)搭接處的托輥往往都具有較強(qiáng)的緩沖性能，即緩沖托輥。為進(jìn)一步增加緩沖托輥的緩沖性能，防止其出現(xiàn)破壞問題，目前采取的較為普遍的措施就是在托輥的外表面套上橡膠圈（見圖2）。

圖2 常見緩沖托輥示意

通過這種方式對(duì)緩沖托輥進(jìn)行改進(jìn)，可提高其緩沖性能，但達(dá)不到有效的緩沖效果，難以避免緩沖托輥的破壞問題。因此，必須對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，以提高其緩沖性能和承載能力。

3 緩沖托輥改進(jìn)設(shè)計(jì)

3.1 緩沖托輥改進(jìn)設(shè)計(jì)原理

本文對(duì)帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)是在原基礎(chǔ)之上改進(jìn)緩沖裝置，提高緩沖裝置的承載能力，以提高緩沖托輥的緩沖保護(hù)性能，主要利用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（見圖3）。

為有效吸收煤炭拋落產(chǎn)生的沖擊力，在滑桿L2上加裝一緩沖彈簧。該平面連桿機(jī)構(gòu)的具體運(yùn)作為：L1的順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)滑桿L2的下滑，在滑桿L2下滑的過程中，L2上的彈簧會(huì)受到壓縮，這樣可緩解煤炭的沖擊力，從而降低了皮帶及托輥的損壞率。

此外，通過增加托輥的承載能力，從根本上降低托輥的損壞率。

圖3 改進(jìn)緩沖托輥設(shè)計(jì)原理示意

3.2 設(shè)計(jì)方案

根據(jù)上述原理，為增加緩沖托輥的緩沖能力，對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的緩沖托輥見圖4。改進(jìn)后，由于托輥的自重作用，緩沖彈簧被壓縮在兩個(gè)擋片之間，并處于一定的平衡體系中。通過確定合理的彈簧倔強(qiáng)系數(shù)，使彈簧起到應(yīng)有的緩沖作用。

這種方法利用了彈簧的二次緩沖，基本上不需要對(duì)原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行大的調(diào)整，成本也不會(huì)明顯增加。

圖4 改進(jìn)后的緩沖托輥示意

3.3 強(qiáng)度計(jì)算

前文已經(jīng)介紹，煤炭拋落時(shí)對(duì)緩沖托輥產(chǎn)生的沖擊力主要由帶式輸送機(jī)搭接高度H、帶式輸送機(jī)的運(yùn)行速度V、煤炭自身的重量Q以及煤巖塊的棱角A所決定。由于煤巖塊的棱角缺乏相應(yīng)的量性標(biāo)準(zhǔn)，具體的計(jì)算也十分復(fù)雜，因此，本文只考慮H、V、Q三個(gè)因素。

首先，計(jì)算靜態(tài)條件下的沖擊力的大小，此外，為使彈簧產(chǎn)生足夠的彈力，還應(yīng)調(diào)節(jié)其壓縮量。由于運(yùn)速的快慢對(duì)沖擊力的大小有較大的影響，因此，可結(jié)合礦井運(yùn)輸要求及其對(duì)皮帶和托輥產(chǎn)生的沖擊力，確定合理的運(yùn)速。帶式輸送機(jī)搭接高度H適當(dāng)降低，也可減小煤炭對(duì)皮帶和托輥產(chǎn)生的沖擊力。這三者的改進(jìn)雖能在一定程度上減小煤炭的沖擊力，但卻有限。而提高緩沖托輥的承載能力是避免其破壞的根本舉措。為此，先確定皮帶的動(dòng)、靜載荷，根據(jù)實(shí)際情況，選擇參數(shù)，對(duì)托輥強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，確定承載能力。

（1）靜載荷計(jì)算

① 承載分支

式中：P0為承載分支托輥靜載荷，N；α0為承載分支托輥間距，m，α0＝1.2m；e為輥?zhàn)虞d荷系數(shù)，取e＝0.8；v為帶速，m／s；q0為每米輸送帶質(zhì)量，kg／m；Im為輸送能力，kg／s。

則：

② 回程分支

式中：Pu為回程分支托輥靜載荷，N；αu為回程分支托輥間距，m，取αu＝3m；取e＝1。

則：

（2）動(dòng)載荷計(jì)算

① 承載分支

則：

② 回程分支

則：

因此，為提高托輥的抗沖擊能力，應(yīng)提高其承載能力，其承載能力應(yīng)為動(dòng)、靜載荷之和，即：

3.4 效果分析

改進(jìn)后的帶式輸送機(jī)在運(yùn)行期間，在實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)煤的條件下，托輥沒有出現(xiàn)破壞問題，表明緩沖托輥的改進(jìn)合理，滿足應(yīng)用要求。

4 結(jié)語

1）本文通過對(duì)帶式輸送機(jī)搭接方式的介紹，對(duì)搭接方式對(duì)托輥的破壞以及造成破壞的原因進(jìn)行了分析，證明目前緩沖托輥的承載能力普遍較差，無法有效保護(hù)托輥不受破壞。

2）提出了加裝緩沖彈簧的改進(jìn)方法，緩沖彈簧被壓縮在兩個(gè)擋片之間，起到應(yīng)有的緩沖作用。這種方法利用了彈簧的二次緩沖，基本不需要對(duì)原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行大的調(diào)整，成本也不會(huì)明顯增加。

3）對(duì)帶式輸送機(jī)強(qiáng)度載荷進(jìn)行了計(jì)算，確定了其承載能力。

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