皮带输送机缓冲托辊的改进设计

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    皮带输送机具有着输送能力大、自动化程度高、操作简单、运输费用低等一系列优点，因此在煤矿井下煤炭输送当中占据了主要地位。对于大型现代化煤矿，井下的煤炭输送主要是通过皮带输送机进行实现的。但由于现在矿井下的煤炭输送主要是通过皮带输送机来进行实现 的。但由于现在矿井对皮带输送机的实际要求越来越高，如运量加大、速度提高、运输距离加长等，使皮带输送机在井下煤炭输送当中出现了许多亟待解决问题，其中包括皮带输送机搭接时因煤炭抛落而产生的冲击对搭接处下面的皮带及托辊的破坏问题。
   皮带输送机搭接处抛落煤炭对皮带输送机的冲击
  现在的现代化大型矿，井下运输大巷往往都有几千米的输送距离。一般情况下，在较短的煤炭输送巷道，一条皮带输送机就能满足煤炭输送距离上的要求，但对于较长的巷道、有拐弯的巷道（特别是近九十度的拐弯巷道或交叉巷道），就必须采用搭接的办法解决煤碳皮带输送的问题。在煤矿井下的煤炭输送当中（包括地面煤炭的输送），皮带输送机的搭接现象是非常普遍的，皮带输送机的搭接一般包括直线搭接和有角度搭接两种情况见图1。

    图1当中，H为皮带输送机搭接高度（即：煤炭抛落高度）：L因煤碳抛落长度，其受搭接高度H和皮带输送机速度V的影响。因煤炭抛落对皮带输送机产生的冲击力F主要是受搭接高度H、皮带输送机的线速度V、煤炭自身的重量Q（运量）、煤岩块的棱角A等多方面的影响，即：F=（H、V、Q、A）。
图1
    煤炭抛落冲击力F对皮带输送机的破坏，主要表现在两个方面：其一，由于抛落的煤炭对下部皮带的冲击，特别是大块坚硬煤岩对下部皮带的冲击，使下部皮带承受皮带的寿命下降；其二，使煤炭抛落位置下的托辊维修率加大。由于井下的实际使用条件及输送要求，改变H、V、Q等都是受到多方面的限制的，因此在满足实际运输要求的情况下，有必要对抛落位置下方的缓冲托辊进行一系列的改进设计，以满足实际要求，并消除或减少煤炭抛落冲击力对皮带及及托辊的危害。
   
    皮带输送机的缓冲托辊一般在输送机的受煤段使用，即煤炭抛落位置（也叫落料位置）。现在普遍使用的缓冲托辊，是在普通钢面托辊的外表面套上橡胶圈，用橡胶的弹性储能来缓解煤抛落时产生的冲击力，如图2所示（以槽形缓冲托辊为例）。

     由于这样的缓冲托辊对冲击力的缓冲能力有限，它仅仅是利用橡胶圈的弹性储能来缓冲煤炭抛落时产生的冲击力，对皮带及托辊的保护作用不太明显，因此有必要对此进行改进设计。缓冲托辊的改进设计原理
     皮带输送机的缓冲托辊改进的设计思想是在原来橡胶圈缓冲的基础上，在不太增加机械加工难道和制造成本的情况下加装另外的缓冲装置，以使缓冲托辊的缓冲保护性能得到明显的提高。本设计采用机械原理当中的曲柄滑块机构，其原理如图3所示。

     在滑杆L2上加装缓冲弹簧，以使煤炭抛落产生的冲击力得以缓解。该平面连杆机构的具体动作，从而带动滑杆L2（移动副）下滑并且也随之作小幅度的摆动，在滑杆L2下滑的过程中，压缩L2上面加装的弹簧，通过弹簧的压缩使煤炭下落产生的冲击力得以缓解，起到对上皮带和托辊产生二次保护的作用，即增加了缓冲托辊的柔性。
    缓冲托辊的设计制造
    利用上述原理，使得该缓冲托辊的目的得到了实现，经过改良后的缓冲托辊如图4所示。装配后，在托辊自重的作用下，缓冲弹簧被压缩在两个挡片之间，并且产生动态的平衡。在此，最主要是问题是如何确定弹簧的倔强系数，以便在抛落冲击力的作用下弹簧起到应用缓冲作用。

    由于抛落冲击力F=（H、V、Q、A），具体的计算很复杂，并且也不易准确计算出来。在这里，主要考虑H、V、Q、三方面的影响，以静态的条件下很容易计算出来冲击力F的大小。然后再考虑托辊的自重Q，利用杠杆的比例原理，也很容易确定出所需弹簧的倔强系数U。需要说明的是：这里计算出来的F和U只是个参考值，为了使得弹簧能够产生合适的弹力，还必须对其压缩量进行调解，即在设计时还要考虑弹簧压缩量的可调性。从图4当中可以看出，该改良设计过程比较简单，只是利用滑杆L2上面的弹簧进行二次缓冲，使得煤炭抛落产生对皮带、托辊的冲击力得到极大地缓解，对原来缓冲托辊的外形尺寸基本上不会产生较大的改动，有利于保持原来托辊的安装结构。另外，在增加少量的附件后，缓冲托辊的缓冲功能得到了比较大的提高，并且加工装配也比较简单，制造成本并不会明显增大。