弹簧支撑缓冲床增强缓冲作用

郝弘毅 蔡涛

摘 要：基于物料输送的安全和效率，结合生产实际，设计研制了弹簧式缓冲床。主要介绍了弹簧式缓冲床原理，普通缓冲床在煤矿带式输送机中的应用及弊端，提出了弹簧式缓冲床设计构架，与传统矿用缓冲床之间的优势对比。得出结论：弹簧式缓冲床延长了使用年限，减少了运输事故，降低能耗，提高了效率。

关键词：弹簧；缓冲床；输送机；应用

中图分类号：TD528 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）14-0073-02

Abstract： Based on the safety and efficiency of material transportation， a spring buffer bed is designed and developed. This paper mainly introduces the principle of spring buffer bed， the application and malpractice of ordinary buffer bed in belt conveyor of coal mine， and puts forward the design frame of spring buffer bed， which is compared with the advantage of traditional mine buffer bed. The conclusion is that the spring buffer bed can prolong the service life， reduce the transportation accident and the energy consumption， while improving the efficiency.

Keywords： spring； buffer bed； conveyor； application

1 緩冲床改进前景

皮带输送机是一种靠磨擦驱动的连续动作式运输机械，可广泛运用于矿山、冶金、煤炭、电站、港口、轻工、石油等行业。由单机或多机组合而成的运输系统来输送物料，既可运送散状物料，也可以运送成件物品。皮带输送机可用于水平或倾斜运输。皮带输送机由皮带、机架、驱动、滚筒、改向滚筒、承载托辊、回程托辊、张紧装置、清扫器等零部件组成。

特别是在煤矿采掘、生产、转运及加工过程中带式输送机已成为必不可少的输送设备，也是种类较多、长度最长、维护量最大的输送设备。带式输送机在运输物料过程中为了转载便利，一条输送线上可能有多个落料点，特别是在煤仓卸载或转载落差较大时，遇到大一点的煤块可能会砸坏皮带和缓冲床。目前传统缓冲床结构是由缓冲条和支架组成，稍微先进一点的重载缓冲床只是对支撑架进行了加固，对皮带的保护并没有根本意义上的提高。由于缓冲条是缓冲床唯一的缓冲部件，皮带接触面使用特殊的高分子聚乙烯耐磨层，使输送带与缓冲条之间的摩擦系数降低，底部主要是高弹性橡胶层，使缓冲条受到冲击时能通过自身的物理弹性起到一定的缓冲作用。国际上缓冲条普遍使用橡胶弹性为邵氏硬度55度左右，其厚度有限，一般只有三公分左右，缓冲吸能距离太小，对于一般物料冲击能起到一定作用，但是遇到大块的物料，其效果就不是很好。可目前市面上的缓冲床都是钢性结构安装，没有缓冲结构，单靠缓冲条无明显缓冲效果，缓冲床安装都是钢性连接，没有弹性，很容易造成支架金属疲劳弯曲甚至断裂，砸坏皮带和缓冲床的现象时常发生，造成很大的经济损失和维修量。为大幅提高传统缓冲床寿命，减少因大块物料冲击对缓冲床造成的损害，提出对传统缓冲床加装缓冲弹簧。

在煤矿，随着大负荷、高强度的使用，皮带输送机的传统缓冲床经常损坏，维修困难。给正常生产带来一定的影响。为了保证对皮带输送机使用的安全性和连续性，对传统矿用缓冲床装置进行改造有着重要的意义。

2 缓冲理念

皮带输送机接货点按来料方向的不同，主要分为侧方向卸货，平行方向卸货，垂直方向卸货。目前煤矿大功率输送机的受料点缓冲床都是多加装缓冲床条形式，用以吸收物料下落时的冲击能量。为了保证设备的安全运转，采取增加缓冲床条缓冲层的厚度，缓解皮带在受到物料冲击时产生巨大冲击力。缓冲床条缓冲层能够吸收冲击能量，但是在实际的应用中皮带面及其缓冲条仍然承受较大的冲击力，托辊架易产生变形和损坏，致使输送带面产生跑偏或受料点漏货，影响皮带在缓冲床处的正常运行。带式输送机装卸块状特别是比重大的矿石时，输送带受很大的冲击力作用。在这种情况下，输送带面层可能被划破，甚至击穿，引起输送带早期报废。理论分析证明，输送带受冲击载荷的大小主要与下列因素有关。即装载点的高度、矿石块的质量及其棱角的形状、托辊的质量、输送带的横向弹性模量以及托辊衬垫的弹性模量，等等。在装料点采用缓冲弹簧组，能大大减轻输送带的动载荷，减少输送带损坏的几率。因此对传统矿用缓冲床安装弹簧便可解决传统缓冲床的诸多缺点。

缓冲床的主要作用就是减轻下落的矸石或煤块对输送带的冲击，支撑保护运行的输送带。因此，主要安装在带式输送机的转载点、卸载点和漏煤眼下口等位置。此前矿井使用的缓冲床均是固定在带式输送机两侧边梁上，输送带与缓冲床钢架之间安装橡胶条。此种结构方式缓冲床的支撑力主要来自于带式输送机边梁，同时又由于橡胶缓冲效果达不到要求，带式输送机边梁要承受不断的冲击，使得整体输送带支架不稳，缓冲床的使用效果一般，寿命短。

为了在现有条件下进一步改善提升缓冲床的使用效果，对现有缓冲床做了机构方面的改进。

为了使缓冲床能承受更大的冲击力、延长使用寿命，更好地保护输送机的皮带，在缓冲床底部与输送机中间架连接部位增加了4个缓冲弹簧，整个缓冲床都在4个缓冲弹簧上面，当缓冲床受到物料冲击时，一小部分的冲击力由缓冲条吸收的同时大部分的冲击力由4个缓冲弹簧吸收。通过在原有的缓冲床下方，增加了四组能减震吸能的弹簧，形成了缓冲条和减震弹簧两级减震效果。这样大大改善了传统矿用缓冲床减震效果不佳的问题。

3 缓冲原理

缓冲床底部与输送机中间连接部位加装4个缓冲弹簧，在缓冲床收到落下的煤流冲击后，主要通过弹簧的物理弹性变形吸收冲击力，起到缓冲作用，减少下落的煤流对输送机的冲击，降低了缓冲条和输送带之间的摩擦系数，提高了耐磨性，延长了缓冲条和皮带的寿命。在输送带收到大块矸石、物料的冲击力后，胶带和缓冲弹簧向下压缩，使缓冲床的固定支架受力。使用弹簧式缓冲床，输送带受力均匀，避免由于托辊断裂、脱落而导致纵向撕裂皮带，弹簧具有缓冲性，从而减弱煤流下落对输送带系统产生的冲击力，也减少了煤块矸石四处飞溅，有效保护了输送系统的稳定运行。

利用弹簧的特点在压缩时都要产生反抗外力作用的弹力，而且形变越大，产生的弹力越大；一旦外力消失，形变也消失。物理学家胡克研究得出结论：“在弹性限度内，弹簧的形变量与它受到的拉力（或压力）成正比”。彈簧缓冲器在受到冲击后，将压缩的动能和势能转化为弹簧的弹性势能，由于弹簧的反作用力，使压缩物减速。当弹簧压缩到极限位置后，要释放缓冲过程中的弹性变形能，逐步释放所吸收冲击的能量。很好地保护了缓冲床的整体结构，而且无需润滑，不怕泥污，所占纵向空间小，重量轻等优势。拥有普通缓冲床的所有优势，还结合了弹簧缓冲特性起到了双重保护作用。

4 延长缓冲床的使用寿命

传统矿用缓冲床由于无法解决大块物料、矸石对缓冲床的巨大冲击，常常导致带式输送机皮带带面磨损严重甚至划伤，目前传统矿用缓冲床只在缓冲条上做文章，通过调节缓冲条耐磨层和缓冲层对缓冲效果及耐磨效果进行调节，但不管调节耐磨层还是调节缓冲层都无法从本质上解决带式输送机传统缓冲床的抗冲击缺陷，引入弹簧式缓冲床便可从本质上、结构上解决传统矿用缓冲床的设计缺陷，从而大大缓解大块物料对缓冲床及带式输送机带面的冲击，进而有效保护带式输送机，延长使用寿命。

目前国际上的缓冲条耐磨层和缓冲层的选择很难做到二者兼顾，耐磨层选择厚了，自然缓冲层就少了，没有了缓冲层的保护耐磨层容易砸坏，不但没有延长缓冲条的寿命，反而支架都容易砸坏。反过来耐磨层薄一点，缓冲层厚一点，很快耐磨层消耗殆尽后，皮带直接和缓冲层摩擦，摩擦系数很大容易引起高温燃烧，有很大的安全隐患，为避免安全事故发生必须对缓冲条勤更换，浪费大量的人力物力甚至影响生产。通过改造，对缓冲床加装缓冲弹簧可以有效解决缓冲条磨损与缓冲二者难以兼顾的难题，通过缓冲弹簧的配合使用可以选择耐磨层更厚的缓冲条，市场耐磨层都是15毫米，如果选择30毫米厚的耐磨层必然大大延长了缓冲条的使用寿命。

弹簧式缓冲床的发明投用，延长了胶带运输机的寿命，减少了缓冲床的投入，根据现场使用效果，每条皮带每年可节约皮带费用约58万元，节约缓冲床费用约13万元；同时，降低了胶带运输机的故障率，为矿井的安全生产提供了保障，间接经济效益可现。

通过结合现场生产的实际状况，改进缓冲床结构，降低了胶带运输系统的故障率，提升了胶带运输机的运行效率，大大增加了原煤产能。我们将持续追踪弹簧式缓冲床在实际生产的应用情况，不断完善其结构性能，为煤矿工业发展贡献自己的贡献。

5 缓冲条更换便利

缓冲条本来就是易损件，免不了需要更换，市场上对缓冲床的设计除了部分对皮带的角度可以调节外都是固定焊死，缓冲条更换很费劲，甚至需要松掉皮带拉紧，没有能直接快速更换的设计。为了更换便利，缓冲床改成对开式设计，只要松开两边4个销轴就可以把两边的缓冲条整体放平，松开缓冲条上的固定螺栓就能自由抽出更换，方便快捷（如图1）。

参考文献：

[1]聂毓琴，孟广伟.材料力学[M].机械工业出版社，2004.

[2]刘令勋，刘英贵.动态密封设计技术[M].北京：中国标准出版社，1993，11.

[3]刘鸿文.材料力学[M].第五版.北京：高等教育出版社，2003.