皮带输送机缓冲托辊改进设计

陈廷理)

(大同煤矿集团公司大斗沟煤业公司)

皮带输送机缓冲托辊改进设计

陈廷理)

(大同煤矿集团公司大斗沟煤业公司)

介绍了带式输送机的搭接及其对托辊的危害并分析了原因，讨论了改进设计原理，进行了强度校核，确定了合理的载荷，应用效果显著。

皮带输送机 缓冲托辊 改进设计 应用效果

作为矿井煤炭运输的主要设备，皮带运输机具有输送能力大、自动化程度高、操作简单、运输费用低等优点[1-5]。在煤炭高效开采的大背景下，对皮带运输机的运输能力提出了更高要求，很多矿井结合自身生产实际，对皮带运输机的相关部位进行了相应改进，但对于托辊破坏问题的改进效果不显著。

1 带式输送机的搭接方式

目前，很多现代化大、中型矿井均采用皮带运输机完成煤炭的运输工作，井下开挖的运输大巷长度一般都超过千米。若井下运输大巷较短，采用1条皮带运输机即可完成井下煤炭的运输工作；若井下运输大巷较长且存在拐弯，则需采用2条以上的皮带运输机，两皮带运输机之间应实现搭接。常见的皮带输送机的搭接主要有直线搭接、角度搭接等2种方式。

皮带运输机在工作过程中，由于搭接处煤炭的抛落而产生对搭接处下部的皮带及托辊造成的冲击，甚至会对其造成破坏。煤炭抛落时所形成的冲击力F是造成皮带及托辊破坏的主要因素：①抛落的煤炭(尤其是大块坚硬煤岩)对皮带造成较大的冲击力，大大缩减了其使用寿命;②该冲击力增加了托辊的承受载荷，增大了其维修的频率。该冲击力的大小主要取决于皮带输送机搭接高度、皮带输送机运行速度、煤炭质量、煤岩块的棱角等因素。

2 缓冲托辊改进设计

2.1 缓冲托辊改进设计原理

主要利用曲柄滑块机构对皮带运输机的缓冲装置进行改进，提高缓冲装置的承载能力以及缓冲托辊的缓冲保护性能，见图1。

为有效吸收煤炭抛落产生的冲击力，在滑杆L2上加装一缓冲弹簧。L1顺时针转动会带动L2下滑，在L2下滑的过程中，L2上的弹簧会受到压缩，如此可缓解煤炭的冲击力，降低皮带及托辊的损坏率。此外，还可通过增加托辊的承载能力，从根本上降低托辊的损坏率。

图1 改进缓冲托辊设计原理

2.2 设计方案

为增加缓冲托辊的缓冲能力，改进后的缓冲托辊设计见图2。由于托辊的自重作用，缓冲弹簧被压缩在2个挡片间，并处于一定的平衡体系中。通过确定合理的弹簧倔强系数，使得弹簧起到应有的缓冲作用。该改进方法利用了弹簧的二次缓冲，无需大幅度调整原有结构。

图2 改进后的缓冲托辊

2.3 强度校核

2.3.1 静载荷计算

(1)承载分支。承载分支托辊静载荷计算公式：

(1)

式中，P0为承载分支托辊静载荷，N；e为托辊载荷系数，取0.8；a0为承载分支托辊间距，m，取1.2 m；Im为输送能力，kg/s；v为带速，m/s；q0为每米输送带质量，kg/m；g为重力加速度，m/s2。

若Im为55.56 kg/s，将其余相关参数代入式(1)，可得：P0=515.9 N。

(2)回程分支。回程分支托辊静载荷计算公式：

Pu=eauq0g ，

(2)

式中，Pu为回程分支托辊静载荷，N；au为回程分支托辊间距，m。

取e=1，au=3 m，q0=27 kg/m，代入式(2)，可得：Pu=794.61 N。

2.3.2 动载荷计算

(1)承载分支。承载分支托辊动载荷计算公式：

(3)

(2)回程分支。回程分支托辊动载荷计算公式：

(4)

因此，为提高托辊的抗冲击能力，应提高其承载能力，承载能力应为动、静载荷之和，即：

3 结 语

通过分析带式输送机搭接方式对托辊产生破坏的原因，提出了加装缓冲弹簧的改进方法，对带式输送机强度载荷进行了计算，确定了其承载能力。改进后的皮带运输机在运转期间，在实现高效运煤的条件下，托辊未损坏，表明改进方法较合理，满足应用要求。

[1] 彭利刚.带式输送机设计中托辊的计算和选择[J].煤矿开采，2008，13(1)：87-89.

[2] 张 楠，周珊珊，张延化.带式输送机托辊主轴的有限元分析[J].煤矿机械，2010，31(3)：111-112.

[3] 张 超，姜新星.带式转载机固定式缓冲托辊及清扫器的应用[J].煤矿现代化，2010(5)：64-65.

[4] 闫丕江.多功能缓冲托辊的设计与推广[J].煤矿机械，2012，33(6)：209-210.

[5] 高军伟，贾志宁，黄 军.矿用胶带机缓冲托辊的改进设计[J].煤炭工程，2005(3)：68-69.

2015-09-15)

陈廷理(1962—)，男，高级工程师，高级经济师，硕士，037026 山西省大同市。