一种大运量皮带运输机重型游动小车设计

2020-12-28张涛

机械工程与自动化 2020年6期

张涛

(同煤集团朔州煤电机电装备制造公司,山西怀仁 038300)

0 引言

煤矿井下可伸缩皮带运输机是煤矿煤炭运输的重要设备，随着工作面走向长度的越来越长，可伸缩皮带运输机的运距也越来越长，有的甚至达到3 000 m，运输量也越来越大，传统1.2 m皮带机头部设计已经不适合现代高产高效矿井使用。随着运距、运量的增长，皮带张紧力随之增大，游动张紧小车和储带仓轨道受力极大的增加使得游动张紧小车变形、越轨、损坏事件频发。为此，本文设计了一种大运距、大运量皮带机张紧游动小车，以满足现代化高产高效运输需要。

1 传统游动小车典型结构

皮带机储带仓部主要通过游动小车来进行胶带伸缩，游动小车牵引着整条胶带，受力大，频繁往复运动导致故障率高。传统1.2 m带宽皮带机游动小车在15K或18K的轨道上运行，轨道型材实际腰厚为10 mm，受力较大时极易变形，且其卡轨部分为止爬钩，极易损坏，在现场实际中，止爬钩使用一段时间后基本无法起到卡轨作用;此外，因张紧部绕带形式，导致其改向滚筒较多，通常为4个滚筒，2个Φ400滚筒，2个Φ219滚筒，且最高滚筒重心与轨道距离较远，导致其运行时稳定性较差[1]。传统游动张紧小车结构示意图如图1所示。

图1 传统游动张紧小车结构示意图

传统游动小车为四层储带结构，结构复杂，存在多个小滚筒，受力增大时小滚筒易损坏。随着皮带机运距及运量增大、拉力增大，小滚筒由于轴较细、旋转速度快，易损坏，在实际使用中经常需要更换小滚筒。由于传统游动小车结构单薄，皮带输送机运距增长，拉力随之增大，车架变形后导致游动小车脱轨。

传统游动小车皮带机缠绕在多个小滚筒之间，使得各层胶带之间距离较小，设计时只能通过尺寸较小的钢材对小车进行结构上的加固，而相对于拉力的几何倍增大，这样的结构加固对小车强度改变起不到实质作用。

2 重型游动小车设计

2.1 重型游动小车整体结构设计

针对传统游动小车不适应现代化矿井大运距、大运量、带速快的特点进行重构优化设计，以满足在3 000 m的运距、40 t的拉力下平稳运行。在同样储四层带的基础上，将两个大滚筒和两个小滚筒(2个Φ400滚筒，2个Φ219滚筒)的结构进行重新设计，改为大、小两个滚筒，滚筒直径分别为Φ830和Φ500，滚筒轴也随之加粗，保证了滚筒强度，在相同带速的状况下滚筒转速降低，可延长使用寿命。由于最小滚筒直径为Φ500，皮带缠绕后带之间的距离为500 mm，空间较大，可使用大尺寸型钢做横梁，所以设计400×400的H钢梁作为横梁，小车侧架使用C型400槽钢，整个游动小车通过重型钢梁焊接而成。在400C型槽钢上开槽，安装滚筒座，滚筒座通过螺丝固定在槽钢座上。在需要皮带调偏时，松开预紧螺丝，通过丝杠调节滚筒座位置实现滚筒位置的调节[2]。重型游动小车整体结构如图2所示。该游动张紧小车整体结构简单，容易调偏，故障率低。

1-400C槽钢侧架；2-Φ830滚筒；3-Φ500滚筒；4-游动小车轨道轮；5-游动小车轨道靠轮组件；6-400×300H型钢；7，8-400×400H型钢；9-滑轮组

相对于传统张紧部绕带方式，本游动小车所需的滚筒更少，小车内的改向滚筒直径更大，可以使四层储带结构的中间两层带间距增大，简化了皮带张紧仓内托辊小车的结构。张紧部绕带方式如图3所示。

图3 张紧部绕带方式图4 重型游动张紧小车受力分析图5 重型游动张紧小车结构件框体应力云图

2.2 重型游动张紧小车结构件框体力学载荷分析

图4为重型游动张紧小车受力分析。液压绞车钢丝绳拉力为20 kN，经过游动小车滑轮机构后，游动小车拉力的合力为80 kN，游动张紧小车产生80 kN的力反向分布在4个滚筒座上，每个为20 kN。根据游动张紧小车的受力，在Ansys软件中对结构件框体进行受力分析，得到的应力云图如图5所示。

2.3 游动小车行走机构

图6为重型游动小车正视图。游动小车行走在左右两根40#槽钢轨道上，左侧轨道为槽钢平面，右侧轨道为角轨(焊接在槽钢平面上)。游动小车左侧行走部为平轮结构，行走在槽钢平面上；右侧行走部为角轮结构，在角轨上行走，以保持小车沿角轨方向直线行驶。此外，设计卡轨部，由卡轨立轮、卡轨横轮组成。卡轨立轮可以使小车保持水平运动，防止出现上下运动而脱轨。卡轨横轮使小车沿平行槽钢方向运动，防止小车左右晃动。游动小车安装立辊，以起到防皮带跑偏的作用[3]。胶带通过大滚筒和小滚筒改向缠绕，实现4层胶带的存储结构。因游动小车所处的空间狭小，行走部受力大，而且游动小车为低速重载运行，行走部的行走平轮和行走角轮改变传统轴承结构，改用铜套结构，这样可以将轴加粗，强度加强，保持游动张紧小车平稳运行，防止越出轨道[4]。