带式输送机头部双向清扫器设计及应用

王晓斌

(华电江苏能源有限公司句容发电分公司，江苏 句容 212413)

0 引言

带式输送机是火力发电厂输煤系统的主要设备，其运行状况直接影响发电机组的燃煤供应[1]。带式输送机因头部清扫器清扫效果不良，胶带回程段工作面会携带残留物料，造成环境污染和胶带跑偏。为解决此难题，部分制造厂家设计制造了好几代仅能用于单向运行带式输送机的头部清扫器，安装台数越来越多，制造成本也越来越高，但清扫效果始终不尽如人意且易损伤胶带，存在安全隐患。因此，设计一款结构简单、制造成本低、使用可靠、应用范围广和清扫效果好的清扫器是业内用户共同需求。

1 头部清扫器安装及作用

带式输送机胶带工作面上残留物料会撒落至回程段地面，造成环境污染；残留物料也会黏结在托辊或滚筒上，造成胶带跑偏。头部清扫器主要用于带式输送机胶带工作面上残留物料的清扫，安装于带式输送机头部滚筒处，为了改善清扫效果和保护胶带，头部清扫器应具有补偿和退让功能，以降低安全风险。为进一步改善清扫效果，大部分制造厂家要求用户在带式输送机头部滚筒处安装两道清扫器，但清扫始终达不到预期效果。

常见的头部清扫器不能应用于双向运行的带式输送机，为解决此问题，部分用户在带式输送机的头、尾部滚筒处各安装1道或2道头部清扫器。胶带变向运行时，位于尾部的清扫器，尤其是第1道清扫器的刀头磨损后会导致胶带再次变向运行，刀头近物料端与胶带存在一夹角，夹角处残留物料会引起刀头与胶带分离，清扫效果更差。

2 常见的头部清扫器

2.1 合金刀头头部清扫器

合金刀头头部清扫器主要由刀头、刮板、橡胶缓冲块和支架组件组成，其结构如图1所示。

该头部清扫器的刀头选用合金材料，经调质和表面淬火处理后，表面硬度较高[2]，使用寿命较长，但在实际安装和使用过程中存在以下缺点和安全隐患。

(1)清扫器应具有的补偿和退让功能都靠橡胶缓冲块自身具有的弹性来实现，补偿和退让功能不完善，补偿和退让量小。

图1 合金刀头头部清扫器

Fig.1 Alloy cutter head cleaner

(2)清扫器的刀头和刮板合件采用分段式结构，每段之间不可避免地会存在间隙，胶带工作面残留的物料不可能被完全清扫干净。

(3)因刮板外形尺寸较大，安装清扫器时需在带式输送机头部漏斗护罩两侧板上切割矩形孔，孔与支架组件间采用橡胶板密封，密封效果差，橡胶板易破损，撒煤、扬尘现象经常出现。

(4)受安装条件限制，清扫器回转中心与刀头和胶带的接触点连线不可能处于滚筒切线方向。胶带运行过程中，胶带存在的损伤凸起会对刀头产生冲击，形成逆时针方向的力矩，刮板易发生弯曲塑性变形，存在损伤胶带的安全隐患。

因合金刀头头部清扫器存在以上缺点和安全隐患，现在已基本退出市场。

2.2 聚氨酯刀头头部清扫器

聚氨酯刀头头部清扫器主要由刀头、支架组件、支座及补偿和退让装置组成，其结构如图2所示。

图2 聚氨酯刀头头部清扫器

Fig.2 Polyurethane cutter head cleaner

聚氨酯刀头头部清扫器结构比较复杂，刀头采用聚氨酯材料整体制成，采用两道布置安装方式，其清扫效果优于合金刀头头部清扫器，但存在以下缺点：(1)刀头选用聚氨酯材料，其使用寿命比合金刀头短；(2)由于采用两道布置安装方式，制造成本较高；(3)因刮板外形尺寸较大，安装第1道清扫器时需在带式输送机头部漏斗护罩两侧板上切割矩形孔，孔与支架组件间采用橡胶板密封，密封效果差，橡胶板易破损，安装第2道清扫器时同样会出现以上问题。

现阶段，国内火力发电厂输煤系统的带式输送机基本都采用聚氨酯刀头头部清扫器，因安装、调整和维护的差异，使用效果达不到预期。

3 双向清扫器设计思路

清扫效果良好、安装要求不高、密封可靠和应用范围广应是头部清扫器的设计重点，同时还要力求设计合理、结构简单、较易实施、调整方便、制造成本低。

新设计的清扫器采用整体式刀头或两道沿胶带纵向错开分段间隙布置的刀头，以避免分段式刀头清扫器清扫不彻底的问题。常见的头部清扫器只适用于单向运行的带式输送机，是因为刀头结构设计不对称，只要合理设计刀头结构且采用对称布置安装就能解决此问题。采用柔索替代刚性支架，设计密封可靠的支座和滑块，可解决密封不良的问题。双向清扫器的补偿和退让功能的实现不存在技术难点，只要保证补偿和退让量合适、动作可靠正确就能满足使用要求。

4 双向清扫器设计方案

新设计的带式输送机用双向清扫器主要由刀头、刀座、紧定螺钉、镀锌钢丝绳、支座、滑块、中空丝杆、螺母、碗形垫圈、圆柱螺旋压缩弹簧、座圈和锁紧套组件组成[3]，其结构如图3、图4所示。

图3 双向清扫器

Fig.3 Two-way cleaner

4.1 双向清扫器本体设计

双向清扫器本体由刀头、刀座、紧定螺钉和镀锌钢丝绳组成，刀头采用整体式结构，2道清扫器对称布置；刀座采用分段式结构，适用于双向运行的带式

图4 支座和滑块安装示意

Fig.4 Support and slider installation

输送机；刀头和钢丝绳均穿入刀座中，与紧定螺钉组成双向清扫器本体。整体刀头选用40CrMo材料，经调质和表面淬火处理后，表面硬度达56～60 HRC；刀座选用Q345B材料；钢丝绳选用镀锌钢丝绳[3]，防止腐蚀，延长使用寿命，其相当于常见清扫器的支架。

双向清扫器结构简单，制造成本低，刀头和刀座在钢丝绳上定位调整方便、固定可靠。

4.2 补偿和退让装置设计

由图3可以看出，补偿和退让装置由支座、滑块、中空丝杆、螺母、碗形垫圈、圆柱螺旋压缩弹簧、座圈和锁紧套组件组成，中空丝杆、螺母、碗形垫圈、圆柱螺旋压缩弹簧和座圈只需于一侧布置安装。圆柱螺旋压缩弹簧采用65Mn材料，其余零部件采用20钢和Q345B材料。补偿和退让装置结构简单，制造成本低，固定可靠，密封优良，安装调整方便。

4.3 锁紧套设计

锁紧套组件由外螺纹套、紧定螺钉、内螺纹套、锁紧环和压圈组件组成(如图5所示)，锁紧环选用42CrMo材料，调质处理，其余零件选用45钢材料。锁紧环采用圆锥环状结构(如图6所示)，小径端切割成4段圆弧，组成可收缩的四爪结构。

图5 锁紧套组件

Fig.5 Locking sleeve assembly

图6 锁紧环

Fig.6 Locking ring

锁紧套与钢丝绳装配时，先将钢丝绳依次穿过内螺纹套、压圈、6只锁紧环和外螺纹套；调整钢丝绳至合适长度后，拧紧外螺纹套上的2只紧定螺钉，将外螺纹套准确定位在钢丝绳上，再套上内螺纹套并拧紧。拧紧过程中锁紧套的四爪紧扣在钢丝绳上，锁紧套组件进一步与钢丝绳牢固连接。

5 双向清扫器安装和调试

先按图7在头部漏斗两侧板上切割两个腰形孔，保证双向清扫器安装后第1道刀头低于滚筒水平中心线；再按图3组装刀头、刀座、紧定螺钉和钢丝绳，把两端钢丝绳分别从漏斗两侧板腰形孔处抽出；最后在一端依次安装支座、滑块、中空丝杆、螺母、碗形垫圈、圆柱螺旋压缩弹簧、座圈和锁紧套组件，另一端依次安装支座、滑块和锁紧套组件。两端安装时确保钢丝绳长度足够，安装结束后切除多余的钢丝绳。

图7 双向清扫器安装和调整示意

Fig.7 Two-way cleaner installation and adjustment

按图7调整支座上的螺钉，移动滑块，保证钢丝绳两端都处于近回转轴线，与滚筒母线形成5°±1°的夹角，调整结束后锁紧螺钉螺母。然后调整中空丝杆上的螺母，压缩圆柱螺旋压缩弹簧，测量清扫器本体的向下挠度(应不大于3 mm)，保证圆柱螺旋压缩弹簧的预紧力合适，清扫器具有补偿功能。带式输送机运行过程中，胶带存在的损伤凸起经过刀头时，圆柱螺旋压缩弹簧会被进一步压缩，清扫器便具有退让功能。

6 双向清扫器的应用

双向清扫器的刀头采用两道对称布置安装方式，能应用于双向运行的带式输送机；双向清扫器结构简单、外形尺寸小、自身质量小、安装条件要求低、原有结构件改动小、密封可靠；双向清扫器安装位置变更容易，安装后调整方便，能保证被清扫下的物料顺畅落入头部漏斗中，避免出现漏斗内积料和漏斗溢料情况。

输煤系统有些设备配置带式输送机，如折返式斗轮堆取料机，其尾车上的头部滚筒处无法安装头部清扫器，胶带回程段工作面携带的残留物料撒漏严重，现场文明生产工作量大。该双向清扫器只需加装简易支架后便可安装于双向运行带式输送机的所有滚筒处。

7 结束语

该双向清扫器在华电江苏能源有限公司句容发电分公司装船机尾车头部滚筒处安装后，使用半年多以来，未出现任何故障，清扫器工作可靠，补偿和退让装置动作正确，清扫效果优良。目前，该双向清扫器已申请中华人民共和国国家知识产权局发明和实用新型专利，并在其他电厂输煤系统带式输送机上推广使用。