煤礦帶式輸送機緩沖托輥的改進分析

趙蜜云

（大同煤礦集團公司 煤峪口礦，山西 大同037041）

作為礦井煤炭運輸的主要設備，帶式輸送機有很多優點，主要體現在以下幾方面：第一，輸送能力大；第二，自動化程度高；第三，操作簡單；第四，運輸費用低。目前帶式輸送機在國內外很多大、中型礦井得到了普遍推廣和應用。但由于經濟因素、社會的不斷發展，以及在煤炭高效開采的大背景下，對帶式輸送機的運輸能力提出了更高的要求，為此很多礦井結合自身生產實際，對帶式輸送機相關部位做了相應的改進，但在托輥破壞問題上所做的改進效果卻不是很明顯，因此，研究煤炭拋落沖擊力對托輥造成的問題并改進托輥具有十分重要的意義。

1 帶式輸送機的搭接方式及其對托輥的危害

1.1 帶式輸送機的搭接方式

當前很多現代化大、中型礦井均采用帶式輸送機完成煤炭的運輸工作，井下開挖的運輸大巷長度較長，一般都超過千米。若井下運輸大巷距離在千米以上且存在拐彎，則須采用兩條以上的帶式輸送機，兩帶式輸送機之間須實行搭接，才能完成煤炭的運輸工作。常見的帶式輸送機搭接方式主要有以下兩種：一是直線搭接方式；二是有角度搭接方式（見圖1）。

圖1 帶式輸送機搭接方式示意

1.2 帶式輸送機搭接對托輥造成的破壞問題

帶式輸送機在工作過程中，由于搭接處煤炭的拋落對搭接處下面的皮帶及托輥造成沖擊，甚至會對其造成破壞。由圖1可知，煤炭拋落時所形成的沖擊力F是造成皮帶及托輥破壞的主要因素，主要體現在以下兩方面：第一，拋落的煤炭（尤其是大塊堅硬煤巖）對皮帶造成較大的沖擊力，大大縮減了其使用壽命；第二，這種沖擊力增加了托輥的承受載荷，增大了其維修的頻率。

1.3 帶式輸送機搭接對托輥造成破壞的原因分析

對皮帶及托輥造成破壞的主要原因是搭接處煤炭拋落時產生的沖擊力。由圖1可知，沖擊力的大小主要取決于以下幾個因素：第一，帶式輸送機搭接高度H；第二，帶式輸送機運行速度V；第三，煤炭自身的重量Q；第四，煤巖塊的棱角A。

沖擊力表達式為：F＝（H、V、Q、A）

2 改進緩沖托輥的必要性

沖擊力隨著這四種因素的增加而變大，因此，若成功實現對四種因素的控制，則在一定條件下可減小煤炭拋落的沖擊力，進而降低皮帶及托輥的損壞率。但由于改變H、V、Q等條件的限制性因素較多，因此，在提高煤炭運輸效率的基礎上，改進搭接處的緩沖托輥，可更好地降低托輥的破壞率，保證礦井運輸工作順利進行。

現場實際中，帶式輸送機搭接處的托輥往往都具有較強的緩沖性能，即緩沖托輥。為進一步增加緩沖托輥的緩沖性能，防止其出現破壞問題，目前采取的較為普遍的措施就是在托輥的外表面套上橡膠圈（見圖2）。

圖2 常見緩沖托輥示意

通過這種方式對緩沖托輥進行改進，可提高其緩沖性能，但達不到有效的緩沖效果，難以避免緩沖托輥的破壞問題。因此，必須對其進行改進，以提高其緩沖性能和承載能力。

3 緩沖托輥改進設計

3.1 緩沖托輥改進設計原理

本文對帶式輸送機的設計是在原基礎之上改進緩沖裝置，提高緩沖裝置的承載能力，以提高緩沖托輥的緩沖保護性能，主要利用曲柄滑塊機構（見圖3）。

為有效吸收煤炭拋落產生的沖擊力，在滑桿L2上加裝一緩沖彈簧。該平面連桿機構的具體運作為：L1的順時針轉動會帶動滑桿L2的下滑，在滑桿L2下滑的過程中，L2上的彈簧會受到壓縮，這樣可緩解煤炭的沖擊力，從而降低了皮帶及托輥的損壞率。

此外，通過增加托輥的承載能力，從根本上降低托輥的損壞率。

圖3 改進緩沖托輥設計原理示意

3.2 設計方案

根據上述原理，為增加緩沖托輥的緩沖能力，對其進行了改進，改進后的緩沖托輥見圖4。改進后，由于托輥的自重作用，緩沖彈簧被壓縮在兩個擋片之間，并處于一定的平衡體系中。通過確定合理的彈簧倔強系數，使彈簧起到應有的緩沖作用。

這種方法利用了彈簧的二次緩沖，基本上不需要對原有結構進行大的調整，成本也不會明顯增加。

圖4 改進后的緩沖托輥示意

3.3 強度計算

前文已經介紹，煤炭拋落時對緩沖托輥產生的沖擊力主要由帶式輸送機搭接高度H、帶式輸送機的運行速度V、煤炭自身的重量Q以及煤巖塊的棱角A所決定。由于煤巖塊的棱角缺乏相應的量性標準，具體的計算也十分復雜，因此，本文只考慮H、V、Q三個因素。

首先，計算靜態條件下的沖擊力的大小，此外，為使彈簧產生足夠的彈力，還應調節其壓縮量。由于運速的快慢對沖擊力的大小有較大的影響，因此，可結合礦井運輸要求及其對皮帶和托輥產生的沖擊力，確定合理的運速。帶式輸送機搭接高度H適當降低，也可減小煤炭對皮帶和托輥產生的沖擊力。這三者的改進雖能在一定程度上減小煤炭的沖擊力，但卻有限。而提高緩沖托輥的承載能力是避免其破壞的根本舉措。為此，先確定皮帶的動、靜載荷，根據實際情況，選擇參數，對托輥強度進行計算，確定承載能力。

（1）靜載荷計算

① 承載分支

式中：P0為承載分支托輥靜載荷，N；α0為承載分支托輥間距，m，α0＝1.2m；e為輥子載荷系數，取e＝0.8；v為帶速，m／s；q0為每米輸送帶質量，kg／m；Im為輸送能力，kg／s。

則：

② 回程分支

式中：Pu為回程分支托輥靜載荷，N；αu為回程分支托輥間距，m，取αu＝3m；取e＝1。

則：

（2）動載荷計算

① 承載分支

則：

② 回程分支

則：

因此，為提高托輥的抗沖擊能力，應提高其承載能力，其承載能力應為動、靜載荷之和，即：

3.4 效果分析

改進后的帶式輸送機在運行期間，在實現高效運煤的條件下，托輥沒有出現破壞問題，表明緩沖托輥的改進合理，滿足應用要求。

4 結語

1）本文通過對帶式輸送機搭接方式的介紹，對搭接方式對托輥的破壞以及造成破壞的原因進行了分析，證明目前緩沖托輥的承載能力普遍較差，無法有效保護托輥不受破壞。

2）提出了加裝緩沖彈簧的改進方法，緩沖彈簧被壓縮在兩個擋片之間，起到應有的緩沖作用。這種方法利用了彈簧的二次緩沖，基本不需要對原有結構進行大的調整，成本也不會明顯增加。

3）對帶式輸送機強度載荷進行了計算，確定了其承載能力。

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