关于煤矿矿用胶带机缓冲托辊的改进设计探讨

郭振华

[摘 要]随着我国经济的发展，无论是生产还是生活领域对煤炭资源的需要在日渐提升。当前我国主要的煤炭开采使用的是胶带机运输煤炭，因矿井的原因，需要使用胶带机搭接的方式，如此便产生了煤炭经过搭接段抛落时对胶带机的冲击。为了降低煤炭抛落时对胶带机的破坏，需要使用缓冲托辊缓解冲击力。但缓冲托辊也会因为煤炭开采量过大而无法发挥其缓冲效果。基于此，本文拟以矿用胶带机缓冲托辊的改进设计为研究主题，在分析缓冲托辊的结构设计基础上，提出了相应的改进措施，希望能够为相关部门提供参考。

[关键词]煤矿开采；胶带机；缓冲托辊；改进；设计

中图分类号：S343 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）24-0068-01

前言

经济的发展使我国对于能源资源的需求量日益增大。煤炭作为传统的能源资源，近年来无论是其使用量还是开采量都达到了前所未有的程度，为了满足国家生产、人民生活对煤炭资源的需求，我国各大煤炭开采企业都开始致力于大规模、高效率地开采煤矿的研发之中。

就煤炭从矿井到地面的运输来说，最为主要的设备是胶带运输机，该设备有着运量大、连续性强、自动化水平高、易操作、运输效率高等优点，工人在井下将煤炭分离后，便用胶带运输机将之运送到地面。尽管胶带运输机有着如此多的优点，但在煤炭开采量提高到一定程度时，也会发生设备的故障问题。具体来说，如胶带机搭接部分因传送带上的煤炭掉落，而产生的对胶带托辊的破坏问题，如果不得到及时的处理，将会减少胶带运输机的使用寿命。在下面，我们通过分析煤炭抛落时对胶带机的冲击情况，继而有针对性地对胶带托辊的缓冲进行改进设计，希望以此来解决胶带缓冲托辊的使用问题。

1 煤炭抛落对胶带机搭接处的破坏分析

就当前的煤炭开采来说，矿井作业已经实现了现代的机械化，井下的运输距离达到几公里之长。一般来说，当煤炭的运输距离较短时，可以使用一条胶带机进行煤炭的运输，但是当运输距离过长时，或者运输通道有拐弯及交叉之时，则需要使用搭接的手段实现胶带机的设置，继而进行煤炭的运输工作。

而在实际中，矿井下的煤炭往往采用的是胶带机搭接运输的方式。胶带机的搭接方法可分为直线式和弯曲式的两种，具体详见图1所示。

上图之中，H表示的是胶带机搭接的高度，也就是煤炭抛落时的高度；L表示的是煤炭抛落的距离，其中L的数值会因为搭接的高度H与胶带机的运转速度V的变化而发生改变。而就煤炭抛落时生成的冲击力f来说，对其数值造成影响的因素包括胶带机的搭接高度H、胶带机的运行速度V、煤炭的运载量Q、煤块的棱角a等，用公式表示即：f=（H、V、Q、a）。

煤炭抛落时对胶带机的破坏主要是冲击力，其主要表现有两种：第一、因掉落的煤块对胶带机下面的胶带造成冲击，尤其是那些质量和体积较大的煤块，往往更能够造成较大的冲击，这样会让胶带机的下部承受较大的压力，如果不及时处理，将极大减损胶带机的使用寿命；第二、煤块抛落除了给胶带机下部造成破坏外，还会增加胶带机托辊的维修率。我们知道，实际的井下作业会存在许多的突发情况，因此胶带机的使用状况和运输要求都会因实际的需要而进行调整，所以胶带机的搭接高度H、胶带机的运行速度V、煤炭的运载量Q等都是会发生变化的。对此，在达到实际需要的前提下，要尽量对煤块抛落下方的缓冲托辊采取改进设计的方法，以之降低煤炭抛落对胶带机的损害，延长胶带机的使用寿命。

2 煤矿矿用胶带机缓冲托辊的改进方案

一般来说，胶带机的缓冲托辊安置在胶带机的受煤段，该部分在使用时，会承受煤炭抛落时产生的压力，故也称为落料段。就目前来说，大部分胶带机缓冲托辊使用的材质是橡胶，使用时将橡胶垫圈套在托辊上，这样当煤炭抛落时，橡胶圈首先将煤炭下落时的压力缓释，在保护钢托辊的同时也起到保护胶带机的作用。

虽然橡胶圈对煤炭的抛落有缓冲效果，但是一旦煤炭的开采量过大时，橡胶圈来不及缓解便承受下一次的压力，长此以往会因为疲劳而致使其缓冲效果大打折扣，对胶带机的保护也会受到影响，下面我们来探讨如何对缓冲托辊进行改进。

2.1 胶带机缓冲托辊的改进设计原理

胶带机缓冲托辊的改进设计要秉持简单有效的原则，尽量在原有的基础上进行调整设计，以降低改进设计加工对胶带机的影响和生产成本的控制，从而让缓冲托辊的缓冲减压效果有质的提升。基于这些考虑，我们采用了机械式的曲柄滑块设计。我们在滑杆L2之上，增加了弹簧以提升其缓冲的效果，当煤炭抛落时，弹簧会辅助橡胶圈环节煤炭带来的压力。其工作时的具体动作流程如下：

煤炭抛落，其下坠时的压力使得L1进行左右方向上的运动，这样使得连接的L2下滑并也开始运动。当L2下滑时，安置在其中的弹簧开始工作，与此同时缓冲托辊的橡胶圈也发挥起缓冲效果，而弹簧的作用在于利用其压缩减少煤炭抛落压力对缓冲托辊的冲击，从而起到了对缓冲托辊的再次保护作用，极大地提高了胶带机缓冲托辊的韧性。

2.2 胶带机缓冲托辊的设计制造

就上述的设计原理来看，缓冲托辊的缓冲能力可以得到较明显的改善。而在实践组装时，要解决的是缓冲弹簧的压缩问题，以确保缓冲托辊在使用时能够保持平衡。所以在此处最重要的问题是如何确定彈簧倔强系数μ，使弹簧在抛落冲击力的作用下和下落力的作用下起缓冲作用。

由于计算较为复杂，难以精确计算。根据抛落冲击力的计算公式f=（H、V、Q、a），要先分析H、V、Q三个变量的影响，以实现在静态条件下对煤炭抛落冲击力f的计算。加之考虑托辊的自身重量q，利用杠杆理就可以计算出实际的冲击力f大小，然后再计算出弹簧的压力F，故我们便较为方便地计算出弹簧的倔强系数μ。这里要强调的是，在设计中也考虑压缩弹簧的可调量。因为这里是从F，U计算出来的是一个参考值，弹簧可以产生合适的弹性，也必须对压缩量的大小进行调整。

就此来看，该改进设计的过程相对简易，只需使用滑杆L2的弹簧实现的二次缓冲，就能够使煤炭抛落时对胶带、产生的冲击力明显释放，并且对原来缓冲托辊的尺寸等不会造成较大的变化，从而对保持原始托辊安装结构具有积极意义。与此同时，改进后的缓冲托辊只需要增加少量的附件，其缓冲功能便可以大大提高，且加工装配相对方便，制造成本没有明显增加。

3 结语

综上所述，为了延长煤矿矿用胶带机的使用寿命，需要在承受煤炭抛落处的缓冲托辊上采取改进设计的方法。我们经过调查发现，当煤炭的开采量过大时，胶带机缓冲托辊会因为疲劳而造成缓冲效果的下降。对此，我们采用在缓冲托辊上加设弹簧的方法，以提升其缓冲能力。经过反馈和调整，这一设计确实起到了提升缓冲托辊缓冲能力的效果，并且经过改进后的胶带机缓冲托辊，较原来的结构变动不大，工程量较小，因而易于大规模的推广和使用。

参考文献

[1] 曾晨，王鹰.圆管式胶带输送机过渡段胶带成形分析[J].太原科技大学学报，1985（1）：55-62.

[2] 张超，姜新星.带式转载机固定式缓冲托辊及清扫器的应用[J].煤矿现代化，2010（5）：64-65.

[3] 孙镇.缓冲托辊和缓冲床在选煤厂中的应用及比较[J].中国科技博览，2011（29）：1-2.

[4] 程博.矿用带式输送机缓冲托辊安装方式的改进[J].山东煤炭科技，2016（1）：100-102.

[5] 杨林.胶带机槽型前倾托辊的工作原理分析及前倾阻力计算[J].冶金设备管理与维修，2010（6）：1-3.