皮带输送机缓冲托辊的改进分析

张苏健

(大同煤矿集团公司 煤峪口矿，山西　大同　037041)



·技术经验·

皮带输送机缓冲托辊的改进分析

张苏健

(大同煤矿集团公司 煤峪口矿，山西大同037041)

摘要煤矿皮带运输机承担矿井的主要运输工作，但由于某些工作面距离较长，煤炭运输需要多台皮带运输机，这就形成了皮带运输机的搭接问题，因此，皮带运输机在运行过程搭接处就易出现煤炭抛落，产生的冲击力对皮带及托辊造成破坏。本文介绍了带式输送机的搭接及其对托辊的危害并分析了其原因，提出了在托辊下方安装缓冲弹簧的改进设计，并进行了强度校核，确定了合理的载荷，改进后的皮带运输机在实现高效运煤的条件下，没有出现托辊破坏现象，应用效果显著。

关键词皮带输送机；缓冲托辊；搭接；弹簧；承载能力

作为矿井煤炭运输的主要设备，皮带运输机有很多优点，具体主要体现在以下方面：输送能力大、自动化程度高、操作简单、运输费用低。目前，皮带运输机在国内外很多大、中型矿井得到了普遍推广和应用。但由于经济因素、社会的不断发展以及煤炭的高效开采，对皮带运输机的运输能力提出了更高的要求，为此很多矿井结合自身生产实际，对皮带运输机相关部位进行了相应的改进，但在托辊破坏问题上所做的改进效果却不是很明显。因此，研究煤炭抛落冲击力对托辊造成的破坏问题并改进托辊具有十分重要的意义。

1带式输送机的搭接方式及其对托辊的危害

1.1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较长，一般都超过千米。若井下运输大巷距离较短，则采用1条皮带运输机即可完成井下煤炭的运输工作；若井下运输大巷距离在千米以上且存在拐弯，则须采用两条以上的皮带运输机，两皮带运输机之间须实现搭接，才能完成煤炭的运输工作。目前，很多矿井均存在皮带运输机搭接现象，常见的皮带输送机的搭接方式主要有以下两种：1)直线搭接方式。2)有角度搭接方式。见图1.

图1　带式输送机搭接方式示意图

1.2搭接对托辊造成的破坏

皮带运输机在工作过程中，搭接处煤炭的抛落对搭接处下面的皮带及托辊造成冲击，甚至会对其造成破坏。由图1可知，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，具体主要体现在以下两方面：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，缩减了其使用寿命。2) 这种冲击力增加了托辊的承受载荷，增大了其维修的频率。

1.3破坏的原因分析

对皮带及托辊造成破坏的主要原因就是搭接处煤炭抛落时产生的冲击力，由图1可知，冲击力的大小主要取决于以下几个因素：1)皮带输送机搭接高度H. 2)皮带输送机运行速度V. 3)煤炭自身的重量Q. 4)煤岩块的棱角A.

2改进缓冲托辊的必要性

冲击力随着这4种因素的增加而变大，因此，若实现对这4种因素的控制，则在一定条件下可减小煤炭抛落的冲击力，进而降低皮带及托辊的损坏率。但由于改变H、V、Q等条件的限制性因素较多，因此，在提高煤炭运输效率的基础上，改进搭接处的缓冲托辊，可更好地降低托辊的破坏率，保证矿井运输工作顺利进行。

现场实际中，皮带运输机搭接处的托辊往往都具有较强的缓冲性能，即缓冲托辊。为进一步增加缓冲托辊的缓冲性能，防止其出现破坏问题，目前采取的较为普遍的措施就是在托辊的外表面套上橡胶圈，具体见图2.

图2　常见缓冲托辊示意图

仅仅通过这种方式对缓冲托辊进行改进，以提高其缓冲性能，达不到有效的缓冲效果，因而难以避免缓冲托辊的破坏问题。此外，这种缓冲托辊的承载能力较差，无法有效保护托辊不受破坏，因此，必须对其进行改进，以提高其缓冲性能和承载能力。

3缓冲托辊改进设计

3.1缓冲托辊改进设计原理

本文对皮带运输机的设计是在原基础之上改进缓冲装置，提高缓冲装置的承载能力，以提高缓冲托辊的缓冲保护性能，主要利用曲柄滑块机构，具体见图3.

图3　改进缓冲托辊设计原理示意图

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。该平面连杆机构的具体运作为：L1的顺时针转动会带动滑杆L2的下滑，在滑杆L2下滑的过程中，L2上的弹簧会受到压缩，这样可缓解煤炭的冲击力，从而降低了皮带及托辊的损坏率。

此外，还通过增加托辊的承载能力，从根本上降低托辊的损坏率。

3.2设计方案

根据上述原理，对缓冲托辊进行改进，在托辊下方安装缓冲弹簧，改进后的缓冲托辊见图4. 改进后，由于托辊的自重作用，缓冲弹簧被压缩在2个挡片之间，并处于一定的平衡体系中。通过确定合理的弹簧倔强系数，以使弹簧起到应有的缓冲作用。

图4　改进后的缓冲托辊示意图

改进后的具体缓冲过程：皮带受到一定强度的冲击力，并会传递给托辊，若无缓冲弹簧的作用，则托辊由于没有缓冲空间而承受刚性力，而改进后的托辊由于缓冲弹簧的作用，受到来自皮带的力时，可形成一定的缓冲空间，此时托辊承受的力要大大小于前面的刚性力。

这种方法利用了弹簧的二次缓冲，基本不需要对原有结构进行大的调整，成本也不会明显增大。

3.3强度校核

煤炭抛落时对缓冲托辊产生的冲击力主要由皮带输送机搭接高度H、皮带输送机的运行速度V、煤炭自身的重量Q以及煤岩块的棱角A所决定。由于煤岩块的棱角缺乏相应的量性标准，且具体的计算也十分复杂，因此，本文只考虑H、V、Q等3个因素。

首先，计算静态条件下的冲击力。此外，为使得弹簧产生足够的弹力，还应调节其压缩量。由于运速的快慢对冲击力的大小有较大的影响，因此，可结合矿井运输要求及其对皮带和托辊产生的冲击力，确定合理的运速。皮带输送机搭接高度H适当降低，也可减小煤炭对皮带和托辊产生的冲击力。这三者的改进虽能在一定程度上减小煤炭的冲击力，但却有限。而提高缓冲托辊的承载能力是避免其破坏的根本措施，为此，先确定皮带的动、静载荷，根据实际情况，选择参数，对托辊强度进行计算，确定承载能力。

1) 静载荷计算。

a) 承载分支。

式中:

P0—承载分支托辊静载荷，N；

a0—承载分支托辊间距，m，取1.2；

e—辊子载荷系数，取0.8；

v—带速，m/s；

qo—每米输送带质量，kg/m；

Im—输送能力，kg/s.

则：

b) 回程分支。

Pu=eauqog

式中:

Pu—回程分支托辊静载荷，N；

au—回程分支托辊间距，m，取3；

e—取1.

则：

Pu=1×3×27×9.81=794.6N

2) 动载荷计算。

a) 承载分支。

式中：

fs—运行系数，取1.2；

fd—冲击系数，取1.06；

fa—工况系数，取1.1.

则：

b) 回程分支。

式中：

则：

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

3.4效果分析

改进后的皮带运输机运转期间，在实现高效运煤的条件下，托辊没有出现破坏现象，这表明缓冲托辊的改进合理，满足应用要求。

4结论

1) 介绍了带式输送机的搭接方式，分析了该搭接方式对托辊造成的破坏以及破坏的原因，证明目前普遍缓冲托辊的承载能力较差，无法有效保护托辊不受破坏。

2) 提出了加装缓冲弹簧的改进方法，缓冲弹簧被压缩在2个挡片之间，起到应有的缓冲作用。这种方法利用了弹簧的二次缓冲，不需要对原有结构进行大的调整，成本也不会明显增大。

3) 对带式输送机强度载荷进行了计算，确定了其承载能力。

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Analysis of Improvement on Buffer Roller of Belt Conveyer

ZHANG Sujian

AbstractThe transport of coal mine is mainly undertaken by belt conveyers, but due to some long distance of working face, coal transportation requires a number of belt conveyors, which forms lap joint between belt conveyers. So in the running process the lap joint of belt conveyer is easy to appear coal throwing, and the impact force causing destruction to belt conveyer and roller. Introduces the lap joint between belt conveyors and its harm to the roller, analyzes the causes. Puts forward the improved design, checks the strength, and determines the reasonable load. There is not failure phenomena of roller after the improved belt conveyor under the condition of efficient coal transportation, it shows remarkable effect of application.

Key wordsBelt conveyer; Buffer roller; Lap joint; Spring; Bearing capacity

中图分类号：TD528+.1

文献标识码：B

文章编号：1672-0652(2016)01-0013-04

作者简介：张苏健(1984—)，男，山西洪洞人，2009年毕业于太原理工大学，助理工程师，主要从事煤矿机电技术与管理工作(E-mail)zhangsujian84@163.com

收稿日期：2015-10-15