带式输送机输送带选型及导料槽结构改进优化研究

李书有

（潞安化工集团常村煤矿， 山西 长治 046100）

引言

带式输送机是矿井生产过程中的常用设备之一，其主要作用是将综采工作面开采的煤矿运输转移至指定区域，由于其特有的优势现已在煤矿企业矿井生产过程中得到广泛应用。但是随着矿井开采深度的不断增加，水文地质环境逐渐恶劣，影响着带式输送机的使用效率和使用寿命。本文选取潞安化工集团现阶段使用的带式输送机作为研究对象，在现有结构的基础上侧重优化导料槽等结构，提高了带式输送机的工作稳定性和运输效率。

1 输送带的材料选型与对比

带式输送机在不同矿井以及同一矿井不同区域工作时受力存在一定差异，因此输送带的材料选取尤为重要，需要充分考虑带式输送机的受力情况，确保选取的材料满足矿井实际使用需求。常见的输送带材料可以分为两大类，一类是钢丝绳芯等材料，主要优势在于承载能力较强以及物理力学性能较好，因此能够满足大运输量前提下的高速运输需求；第二类是尼龙、棉质以及橡胶等材料，相较于钢丝绳芯运输量和运输速度稍差。

通过对比不难看出，虽然钢丝绳芯的各项物理力学性能相对较优，但是由于煤矿作业面通常为地下深处，环境湿度较高，因此钢材在该环境下极易出现腐蚀现象，降低输送带的使用寿命以及运输效率。

综上，分别对输送带常见材料的使用场合进行了初步分析，为了充分了解输送带不同材料的实际适用条件，从材料性能的角度对常见材料进行比较分析，使得结论更加直观可靠。

1）物理性质角度：常规条件下钢材的强度硬度和耐磨性均较高，因此适用于输送量高速的场合；

2）耐久度：钢材的屈服强度和疲劳强度相对较大，因此耐久度相较于其他材料较长；

3）耐高温钢相较于普通钢材熔点较高，能够适应高温场合的作业，而软性材料极易由于高温出现融化现象；

4）抗腐蚀性：钢材在潮湿的空气中极易出现腐蚀现象，因此在煤矿工作中应当定期涂抹防锈剂，延长使用寿命。软性材料通常为复合材料，空气的湿度变化对其使用寿命的影响可以忽略；

5）噪声钢硬度和耐磨性远高于普通输送带材料，但是输送过程中噪声钢输送带和零部件之间会产生较大的摩擦力，由此导致过大的噪声，适用于自动化生产，无操作人员场合；

6）柔韧性：虽然钢材硬度较高但是塑性韧性相对较差，并且随着温度的降低塑性韧性呈现出下降的趋势，由此导致低温环境下钢材输送带极易出现断裂破坏等现象，选取时应当充分考虑环境温度；

7）抗磨损性：不论何种材料，在使用过程中均会逐渐磨损，钢材的耐磨性也相对较好，但是同零部件间的摩擦力较大，因此输送过程中容易产生火灾等事故；

8）经济性：相较于复合材料而言，钢材的价格较低并且通常所需的二次加工较为简单甚至无需二次加工即可直接使用，因此经济成本显著下降。

根据上述分析不难看出，不同材料的优劣之处存在一定差异，因此适用场合和条件也有所不同。不同煤矿间的工作环境有所差别，因此在输送带材料选取过程中也没有详细的标准化指标，需要综合考虑各项因素进行选取。

当前输送带材料的发展趋势是材料的复合化，将不同材料的优势之处充分结合。在钢材中加入铝等元素，在确保硬度和耐磨性的基础上提升钢材的塑性韧性；在软性材料中加入黑炭等元素，在确保塑性韧性的前提下适当增加软性材料的硬度。

2 带式输送机输送带的优化选型

2.1 带式输送机输送带应用缺陷

以潞安化工集团某矿作为分析对象，发现该矿带式输送机种类较多，分别作用于不同的作业面中。该企业使用的带式输送机根据中线层材质的不同能够分为：涤绵帆布芯带输送带、尼龙芯输送带、钢丝绳芯输送带等；输送带的线层以及厚度也存在一定差异。由于输送带种类较多且不同种类间的通用性较差，因此一旦输送带出现故障，需要花费大量时间进行查找维修，降低了输送机的使用效率，增加了工作面的经济成本。所以需要对输送带进行详细分析，降低输送带的种类，提升矿井的维修效率。

2.2 带式输送机输送带的优化

首先对输送带工作过程中主要影响参数进行依次计算，主要包括输送带下垂的最小张力、最大圆周驱动力、不打滑的最小驱动力以及输送带的层数等，根据计算结果选取输送带材料。计算后发现st5400钢丝绳芯作为材料能够满足输送带的重要参数要求，因此对现有不同种类的输送带进行统一更换，确保输送带满足使用要求的前提下，提升输送带的维修效率。

3 导料槽结构改造研究

3.1 传统带式输送机导料槽缺陷分析

输送带是煤矿稳定生产不可或缺的设备之一，但是由于长期处于运输状态下以及工作环境的恶劣，使得输送带磨损较为严重，降低了输送带的使用寿命，增加了煤矿生产的经济成本。本文对研究对象此前损坏的输送带进行分析后发现，输送带失效的主要原因是输送带和导料槽间的持续磨损。所以通过导料槽结构优化的方式，降低工作过程中输送带和导料槽间的磨损，延长输送带的使用寿命。

传统带式输送机导料槽基本结构示意图如图1所示。导料槽挡板的功能主要包括：运输物料的导向作用；避免运输过程中由于振动等因素导致的运输物料从导料槽中掉落。因此在设计过程中需要确保导料槽挡板的高度足够，但是正因如此，运输过程中导料槽和输送带间的摩擦力较大，使得输送带的磨损十分严重。

图1 传统导料槽基本结构示意图

3.2 带式输送机导料槽结构改造设计

输送带在物料运输过程中的受力分析：物料和输送带间的摩擦力、物料的重力、支撑结构的作用力、接各个触面间的摩擦力。上述受力中通过导料槽结构优化能够降低的力包括接触面间的摩擦力以及支撑结构的作用力等。

导料槽挡板的材料为胶料材质，该材料的特性为体积压缩模量值K 很高，能够达到2 GPa，因此一旦出现磨损变形，将会产生很大的工作阻力，缩短输送带的使用寿命。

现阶段针对这一问题通常采取调整距离的方式，也就是通过对输送带和挡板间距离的调节实现受力大小的控制，新型非接触式导料槽结构如图2 所示。改造过程中选用橡胶作为材料，通过弹性接触的方式将挡板和输送带间的距离控制在3～5 mm 范围内，避免了二者接触产生的接触压力以及摩擦力等，延长了输送带的使用寿命。为了避免间隙落料，通常选用摩擦系数较小的材料进行填充，降低磨损影响。

图2 新型非接触式导料槽结构示意图

4 实践应用效果分析

当前所选矿井投入使用的带式输送机型号主要包括B1400 型、GX2000 型以及DTL 型等。通过分析得出，将上述型号的带式输送机输送带统一更换为st5400 钢丝绳芯皮带，能够有效降低带式输送机的使用成本，提高输送效率。

将上文设计的非接触式导料槽安装在矿井投入使用的带式输送机内部后，经试验并投入使用，对使用过程的相关参数进行跟踪记录后可知。新型带式输送机投入使用的1 年多时间内，各型号输送机运行过程较为稳定，输送带无明显破坏现象，新型非接触式导料槽降低了输送带的磨损破坏、提高了输送带的输送效率、延长了输送带的使用寿命。

带式输送机输送带型号的统一以及导料槽结构的优化，极大程度地减少了输送带当前的维修工作量，输送带更换频率降低为原来的60%，用电量降低为原来的88.5%，提升了企业的利润空间和矿井开采稳定性。