带式输送机缓冲托辊改进研究

赵 贺

(山西汾西矿业设备修造厂，山西 介休 032000)

带式输送机作为矿井主要运输设备，对确保矿井持续生产具有重要作用[1]。为了确保矿井生产高效进行，带式输送机应具备较强的稳定性。由于带式输送机运输属于接力运输，在两台输送机接力点运输的煤炭、矸石等会给带式输送机托辊带来较大的冲击，造成托辊出现故障，甚至影响矿井的正常运输[2～4]。文中就根据矿井带式输送机缓冲托辊进行改进研究，以期能促进矿井运输系统高效运行。

1 托辊损坏原因分析

随着矿井开采规模的扩大，带式输送机运送距离从以往的几百米、扩展至数千米甚至数十千米，显然采用一台带式输送机无法实现长距离运输工作，往往需要多台带式输送机接力搭接完成[5]。根据两台搭接的带式输送机间角度差异，具体搭接方式可细分为直线搭接(图1(a))、有角度搭接(图1(b))。

图1 带式输送机搭接方式

从图1看出，无论采取哪种搭接方式在搭接处炮落的煤炭、矸石等，均会给下一段带式输送机胶带、托辊以及机架等造成一定冲击。在抛落过程煤、矸石形成冲击力(F)是造成托辊出现损坏的主要原因，具体表现为两个方面：抛落的煤、矸石(特别是大块煤、矸石)会给下部输送机胶带造成较大冲击，降低胶带使用寿命；冲击力通过胶带向托辊、机架转移，增加托辊载荷，造成托辊损坏。

带式输送机托辊是否损坏与受到的冲击力(F)密切相关，冲击力大小跟下述几个因素密切相关：临近两台输送机间搭接高度(H)、带式输送机运行速度(V)、输送的煤炭(矸石)重量(Q)、煤炭(矸石)棱角(A)。通过控制上述冲击力影响因素，降低带式输送机托辊受到冲击，从而确保带式输送机运行稳定性。

2 带式输送机常用缓冲托辊分析

为了降低带式输送机在搭接处煤/矸石冲击力(F)对胶带以及托辊、机架等造成影响，一般在搭接处采用缓冲托辊来降低冲击力影响。现阶段最为常用的缓冲托辊是在原托管外侧增加一圈橡胶圈，通过橡胶圈来降低冲击力作用，具体见图2。但是这种方式虽然有一定的缓冲作用，但是效果不明显，托辊仍受到较大的冲击载荷。因此，亟需对带式输送机搭接处的缓冲托辊进行改进。

图2 常见缓冲托辊结构示意图

3 缓冲托辊改进

3.1 改进方法

通过在托辊上增加缓冲装置即可降低冲击力对胶带及托辊冲击，从而降低冲击力对托辊影响，确保缓冲托辊长时间高效运行。主要通过曲柄滑块结构降低冲击力对托辊载荷，从而对托辊进行保护，具体设计原理见图3。为了吸收煤矸石抛落时产生的冲击力，在通过在滑杆L2上布置缓冲弹簧，当L1转动时会带动L2下滑，从而使得L2的缓冲弹簧收到压缩或拉伸，降低煤、矸石抛落时造成的冲击力，降低胶带、托辊受到的冲击载荷。同时还可以在一定程度上提升托辊的承载力，从根本上降低托辊损坏发生率。

图3 缓冲托辊改进设计原理

3.2 改进方案

改进后的缓冲托辊结构见图4，受到托辊重量影响，缓冲弹簧被压缩布置在2个挡片中间，且处于稳定的平衡体系之中。通过设置合理的弹簧系数，可以使得缓冲弹簧具备较强的缓冲能力。采用的缓冲托辊改进方案充分利用的缓冲弹簧以及原托辊托辊缓冲设计，在距离使用过程中无需对缓冲托辊进行大幅度结构调整，改进方案较为简单。

图4 改进后的缓冲托辊结构

3.3 强度校核

3.3.1 静载计算

1)承载分支

具体的计算公式为：

(1)

其中：P0表示承载分支托辊受到静载荷(N)；e表示缓冲托辊受到的载荷系数(取值0.8)；a0表示缓冲托辊间间距(取值1200mm)；Im表示带式输送机输送能力(取值55.56kg/s)；v表示带式输送机运输速度(取值2.0m/s)；q0表示输送机胶带质量(取值27.0kg/m)。带入相关数值得到P0=515.9N。

2)回程分支

具体计算公式为：

Pu=eauq0g

(2)

Pu表示回程分支托辊受到静载荷(N)；au表示缓冲托辊间间距(取值3000mm)，其余的载荷系数e取值1.0；q0取值27.0kg/m，带入上述公式即可达到Pu=794.6N。

3.2 动载计算

1)承载分支

具体计算公式为：＇

(3)

2)回载分支

(4)

为了提升缓冲托辊抵抗冲击载荷的能力，应提升其承载能力，具体缓冲托辊承载能力应大于静载、动载支承分支、回程分支托辊载荷，具体为：

3.4 改进效果分析

对带式输送机缓冲托辊改造后，并应用到矿井运输系统中，在带式输送机满载荷运行条件下，托辊未出现破坏问题，表明，对缓冲托辊改进后，其可以满足矿井高效运输需要。

4 总结

1)分析阐述了带式输送机不同搭接方式，并对在搭接处托辊容易出现损坏的原因进行分析，主要是在搭接处托辊受到较大的冲击载荷；矿井采用的缓冲托辊缓冲能力差，无法确保托辊长时间高效运行。

2)提出采用增加缓冲弹簧方式来提升托辊缓冲能力，并对改进后的缓冲托辊进行阐述。改进后的缓冲托辊充分利用弹簧的二次缓冲，且不需要对原有的缓冲托辊结构进行较大调整，现场应用方便。

3)采用理论计算方法对缓冲托辊承载载荷进行计算，确定了缓冲托辊承载能力。