关于煤矿矿用胶带机缓冲托辊的改进设计探讨
[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。
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