煤矿皮带输送机缓冲托辊的改进研究

2018-08-26武小龙

机械管理开发 2018年8期

武小龙

（山西汾西矿业（集团）有限责任公司柳湾煤矿机修厂，山西孝义 032303）

引言

皮带输送机具备输送量大、操作简便以及运输成本低等优势，在距离较长的工作面中往往需要使用多台皮带输送机，因此需要对皮带输送机进行搭接，但搭接处很容易导致煤炭抛落，对搭接处下面的皮带机托辊造成严重的冲击，增加托辊所承受的载荷，严重影响皮带的使用寿命。虽然多数煤矿企业对皮带输送机进行了改进，但托辊损坏问题并未得到彻底解决。由此，研究缓冲托辊的改进措施具备十分重要的意义。

1 缓冲托辊类型及作用

缓冲托辊主要分为缓冲圈型、强力缓冲型、弹簧板型等类型，其可以有效减轻带式输送机受料处落料对输送机的冲击，具备耐磨损性能。安装期间，企业应遵循以下几种原则，一是需要提高安装密度；二是技术人员需要定期检查，及时更换损坏的托辊，对于落料距离较大的输送带还需要安装缓冲锁气器。在选购缓冲托辊时应重点注意托辊承载轴的承载能力、抗冲击性能、防尘性能以及灵活度等方面。且在种类选择方面，当矿井物料差大于6m时应使用缓冲托辊，以充分降低物料对皮带输送机的冲击力度，防止皮带被硬物撕裂。

2 带式输送机搭接方式

当井下开采运输大巷的距离较短时，一般利用一台皮带运输机便可以完成煤炭运输工作。若运输大巷距离在千米以上且存在拐弯时，则必须使用两条以上的皮带运输机才可以完成煤炭的运输工作，此时皮带运输机之间需要进行搭接。目前多数矿井开采期间均存在皮带运输机搭接问题，且常使用直线搭接以及有角度搭接等两种方式，具体情况如图1所示。

图1 皮带运输机搭接示意图

3 改进缓冲托辊的必要性

由上所知，皮带运输机搭接处抛落的煤炭会产生较大的冲击力，且这种冲击力主要取决于皮带运输机搭接高度、皮带运输机运行速度、煤炭自身质量以及煤炭块棱角等四方面因素。对此保护托辊的关键在于减小煤炭的冲击力，有效控制上述四种因素。但改变皮带长度、运行速度以及煤炭等方面存在较多的限制因素，为了有效降低托辊的破坏率，提高煤炭的运输效率，矿井企业应改进搭接处的缓冲托辊，以确保矿井运输工作的顺利进行。

实际运输过程中，皮带运输机搭接处安装的托辊具备一定的缓冲作用，因此也常被称作缓冲托辊。为了降低对皮带运输机的损坏程度，往往通过在托辊外表面套上橡胶圈的方法增加其缓冲性能，以防其出现破坏问题，具体如图2所示。

但仅通过增加橡胶圈的方法依然无法大幅度提高缓冲托辊的缓冲性能，不能满足预期的运输效果。对此，还应对缓冲托辊进行更大的改进，以切实提供其缓冲性能与承载能力，降低企业的运输成本。

4 缓冲托辊改进设计案例分析

图2 常见缓冲托辊示意图

华天津煤炭码头有限责任公司于1997年3月成立于天津市塘沽区，自投产以来，其在做好煤炭生产的同时不断改进机械设备，使设备始终处于良好的运行状态。由于煤矿运输距离较长，企业采用了多台带式输送机，且在地面导料槽处安装了多个缓冲托辊支架。煤炭生产期间，带式输送机搭接处经常发生煤炭脱落问题，为了降低托辊的损坏程度，提高作业效率，对缓冲辊进行改进。

4.1 缓冲托辊改进原理

改进皮带输送机缓冲托辊主要在原设计基础上进行，利用曲柄滑块提高托辊的缓冲保护性能及承载能力，具体如图3所示。

图3 缓冲托辊改进设计原理图

为了有效缓解搭接处煤炭抛落产生的冲击力，应在L2滑杆上安装缓冲弹簧，这样L1在顺时针转动时，L2滑杆会随之下滑，上面安装的弹簧也会受到压缩，从而有效缓解了煤炭的冲击力，降低了皮带与托辊的损坏程度。除此之外，还应增大托辊的承载力以有效降低其损坏率。

4.2 设计方案

根据上述改进原理，企业对缓冲托辊进行了有效改进，在托辊下方安装缓冲弹簧，改进后的缓冲托辊如图4所示。

在改进之后，托辊自身重力使得弹簧被压缩于两个挡片之间，保持平衡。之后技术人员设计弹簧的倔强系数便可以确保弹簧的缓冲作用。改进后托辊缓冲过程如下，当搭接处煤炭抛落时，皮带会受到一定强度的冲击力，且这种力量也会传递至托辊，若没有缓冲弹簧作用，托辊会直接承受刚性压力，从而很容易损坏。而增加缓冲弹簧后，当托辊受到皮带压力时，会形成缓冲空间，此时托辊承重的荷载力要远远小于改进之前的承载力。由此看出，托辊改进主要采用了弹簧的二次缓冲作用，不需要改进托辊的原有结构，降低了企业的维修成本。

4.3 强度校核

搭接处煤炭抛落对缓冲托辊产生的冲击力主要由皮带运输机搭接高度H、皮带运输机运行速度V、煤炭自身质量Q以及煤炭块棱角A等因素决定。由于煤炭棱角测量缺乏既定标准，因此在强度校核时仅考虑搭接高度H、运行速度V以及煤炭自身重量Q等因素。

图4 改进后的缓冲托辊示意图

首先应计算静态下的冲击力，结果为523.5 N，据此计算回程分支载荷为778.5N。同时，为了保障弹簧具备足够弹力，应有效调节其压缩量。皮带输送机运行速度会直接影响冲击力，对此，企业还应确定皮带运输机的合理运速，并适当降低运输机的搭接高度，以有效减少煤炭对皮带与托辊产生的冲击力。虽然改进这三方面也可以减少煤炭冲击力，但效果并不显著。由此，企业应提高缓冲托辊的承载力，上述已经确定了皮带的静态冲击力，之后根据实际生产情况，选择参数计算动态载荷，结果为736.8N，分支载荷为1 062.2N。据此得出总承载能力为3 101.0N，为了提高托辊冲击能力，其承载能力应高于3 101.0N。