煤礦帶式輸送機(jī)回煤自動(dòng)清掃裝置設(shè)計(jì)

趙志芳

（山西晉煤集團(tuán)坪上煤業(yè)有限公司，山西晉城 048203）

0 引言

在煤炭的運(yùn)輸過程中，皮帶輸送機(jī)憑借自身所具有的優(yōu)勢(shì)，如較高的自動(dòng)化水平、靈活的操作等，在煤礦中得到廣泛運(yùn)用。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于開采工作經(jīng)常受到淋水或防塵噴霧的影響，導(dǎo)致煤炭具有較高的含水量，在皮帶運(yùn)輸及卸載的過程中，一部分煤炭等物質(zhì)粘附在輸送機(jī)的表面，隨著粘結(jié)時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，皮帶輸送機(jī)的膠帶產(chǎn)生了嚴(yán)重的磨損；同時(shí)膠帶極易出現(xiàn)各種故障，如偏斜、驅(qū)動(dòng)輪打滑等；人工清理的任務(wù)量大、效率低，并且存在相應(yīng)的安全問題，對(duì)輸送機(jī)的運(yùn)行造成了嚴(yán)重的影響[1]。為了將帶式輸送機(jī)膠帶存在的回煤清理事故進(jìn)行有效地解決，本文通過對(duì)現(xiàn)存的清掃裝置進(jìn)行分析研究，并研制了一種自動(dòng)化清掃裝置，使皮帶輸送機(jī)膠帶可以進(jìn)行自動(dòng)清掃，具有極大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 常用清掃裝置

1.1 合金橡膠清掃裝置

合金橡膠清掃裝置的安裝部位位于皮帶輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒的前端，依靠合金橡膠棒所具備的彈性，及時(shí)清除掉膠帶上部的雜物。采用硬質(zhì)合金來制作與皮帶輸送機(jī)膠帶相接觸的刮板，當(dāng)膠帶上部的雜物通過該刮板之后，這些雜物就可以得到有效清除，其原理如圖1所示。

1.2 彈簧清掃裝置

彈簧清掃裝置的安裝部位與合金橡膠清掃裝置一樣，其主要是利用彈簧所具有的彈性勢(shì)能，促使清掃裝置上的刮板與輸送機(jī)膠帶的表面相接觸，從而可以將膠帶上面的雜物進(jìn)行有效地清除。該裝置在煤礦所采用的TD75型帶式輸送機(jī)中有著廣泛地運(yùn)用[2]。

圖1 合金橡膠清掃裝置

1.3 硬質(zhì)合金清掃裝置

硬質(zhì)合金清掃裝置的安裝部位也位于滾筒的前端，刮板所運(yùn)用的制作材料為硬質(zhì)合金，主要分為2種類型，分別為單片與雙片。該裝置的工作原理是通過對(duì)皮帶輸送機(jī)對(duì)重調(diào)節(jié)輸送機(jī)膠帶的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而有效地清除掉粘附在膠帶上的雜物。

在皮帶輸送機(jī)的滾筒前端采用電動(dòng)清掃設(shè)備，并與以上清掃設(shè)備相結(jié)合，使膠帶上粘附的雜物得到清除。例如，硬質(zhì)合金與合金橡膠2種清掃器結(jié)合使用，可以加強(qiáng)清掃設(shè)備的工作效率。但是在清掃回煤的時(shí)候通常會(huì)產(chǎn)生膠帶受損或運(yùn)用人工清掃，對(duì)皮帶輸送機(jī)的運(yùn)輸效率造成了一定的影響[3]。

2 自動(dòng)清掃裝置

對(duì)于當(dāng)前皮帶輸送機(jī)清掃裝置中的缺陷，依據(jù)輸送機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)使用狀況來研制出了一種先進(jìn)的皮帶輸送機(jī)清掃裝置，其詳細(xì)的構(gòu)造如圖2所示。

圖2 清掃裝置結(jié)構(gòu)

2.1 基本原理

帶式輸送機(jī)的膠帶之所以產(chǎn)生“回煤”問題，其根本原因在于煤炭、巖粉顆粒與膠帶表面存在相應(yīng)的摩擦力，并且包含的水顆粒之間存在一定的張力。在膠帶的回程中，在膠帶中粘附的煤炭及巖粉顆粒會(huì)因重力及振動(dòng)的影響出現(xiàn)大量的掉落，同時(shí)在皮帶輸送機(jī)的卸載輥中安裝刮煤板，膠帶上粘附的煤炭、巖粉等在經(jīng)過刮煤板的清除之后，可繼續(xù)吸附膠帶上粒徑較小的顆粒，其粒徑平均維持在50～200μm間。對(duì)于膠帶吸附的煤巖粉，可以運(yùn)用旋轉(zhuǎn)清掃設(shè)備來進(jìn)行清除，其所運(yùn)用的材料應(yīng)當(dāng)選擇抗靜電、耐磨阻燃的尼龍絲，其直徑設(shè)定為700μm，同時(shí)運(yùn)用回程膠帶所具有的動(dòng)力來推動(dòng)尼龍絲的線性運(yùn)轉(zhuǎn)，使其轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)[4]。

2.2 運(yùn)轉(zhuǎn)過程

將清掃裝置中安裝的驅(qū)動(dòng)輥3與膠帶進(jìn)行密切接觸，促使該裝置中的驅(qū)動(dòng)裝置4進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)向，隨著帶動(dòng)輥軸5運(yùn)行，對(duì)膠帶下段存在的煤巖顆粒進(jìn)行有效地清除，并將清除掉的煤巖收集到相應(yīng)池中。在輸送機(jī)下端所安裝的刮板機(jī)14可以將相應(yīng)煤巖泥傳輸?shù)绞占?3中，刮板機(jī)的安裝部位處于皮帶輸送機(jī)的底端，與該輸送機(jī)相平行，避免了人工清理的操作。提升機(jī)驅(qū)動(dòng)輥7與膠帶之間的連接較為密切，可以為驅(qū)動(dòng)裝置8提供強(qiáng)大的動(dòng)力，促使提升機(jī)11運(yùn)行，通過在斗式提升機(jī)11上安裝相應(yīng)的料斗12，可以將收集池13中的煤巖運(yùn)輸?shù)较虏枯斔蜋C(jī)10上，以完成皮帶輸送機(jī)底端膠帶的清理。

刮板機(jī)14所發(fā)生的運(yùn)行主要是通過膠帶帶動(dòng)與其相貼合的刮板機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置15所實(shí)現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)裝置15對(duì)刮板機(jī)所提供的運(yùn)行動(dòng)力主要是利用鏈條與刮板機(jī)之間的連接所實(shí)現(xiàn)[5]。

2.3 運(yùn)轉(zhuǎn)速度及效率

2.3.1 運(yùn)行速度

清掃裝置的工作效果與運(yùn)轉(zhuǎn)速度存在一定的關(guān)系，通過相關(guān)試驗(yàn)，取得了清掃效率與輥軸線速度之間的關(guān)系曲線，如圖3所示。由圖可知，清掃裝置的輥軸線速度應(yīng)大于10 m/s，只有這樣才可以取得較好的效果。通過在清掃裝置內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)裝置中安裝調(diào)速器，可以將清掃裝置運(yùn)轉(zhuǎn)的線速度調(diào)整為10 m/s。

帶式輸送機(jī)下端所安裝的刮板機(jī)的運(yùn)行速度設(shè)定為0.25 m/s，皮帶輸送機(jī)運(yùn)行的速度為3.36 m/s，因此，在刮板機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置中應(yīng)當(dāng)配置相應(yīng)的減速設(shè)備，以此來調(diào)節(jié)刮板機(jī)的運(yùn)行速度。減速器所具有的速比n1=13.44。其所研發(fā)的提升機(jī)的運(yùn)行速度為0.2 m/s，因此在提升機(jī)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備中應(yīng)當(dāng)安裝相應(yīng)減速設(shè)備，其速比n2=16.8。通過對(duì)減速器進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，促使現(xiàn)場(chǎng)清掃工作取得較好的效果。

2.3.2 功率

功率W可以采用下式進(jìn)行計(jì)算。

圖3 清掃效率與清掃輥軸線速度關(guān)系

式中：F為驅(qū)動(dòng)力，N；v為運(yùn)行速度，m/s；N為正壓力，N；f為摩擦因數(shù)。

由式（1）、式（2）可知，清掃器所具有的功率與施加至清掃驅(qū)動(dòng)軸上的正壓力呈現(xiàn)正比關(guān)系，功率隨著正壓力的升高而增加，正壓力的調(diào)整主要是利用與中部支架相連接的絲桿所實(shí)現(xiàn)[6]。某運(yùn)輸巷的皮帶輸送機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度為v=3.36 m/s，其所施加的正壓力N=500 N，摩擦因數(shù)f=0.6，那么該清掃裝置所具有的總功率W=1.01 kW，皮帶輸送機(jī)所產(chǎn)生的電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率為（3×315）kW，運(yùn)輸效率可達(dá)到92%，自動(dòng)清掃裝置所形成的功率占比為0.12%，并不會(huì)影響到輸送機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

研發(fā)的帶式輸送機(jī)清掃裝置已在坪上煤業(yè)的某個(gè)運(yùn)輸巷的皮帶運(yùn)輸機(jī)中取得了應(yīng)用。該皮帶輸送機(jī)的型號(hào)為DSJ120/75/3×315，膠帶的寬度為1 200 mm，輸送機(jī)所具有的長(zhǎng)度為1 560 m，輸送量為750 t/h。

皮帶輸送機(jī)在沒有配置自動(dòng)清掃裝置的時(shí)候，存在嚴(yán)重的膠帶回煤狀況，每次運(yùn)輸完成之后安排至少6位工作人員來清掃回煤，存在較大的工作量，需要耗費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間。在自動(dòng)清掃裝置安裝之后，該裝置可以對(duì)回煤進(jìn)行有效地清掃，其效率可達(dá)88%以上。每間隔1周安排一定數(shù)量的工作人員來清理該裝置周圍的煤巖粉，不需要安排特定人員來清掃膠帶回煤[7]。采用這種清掃裝置可以極大避免運(yùn)輸階段產(chǎn)生打滑、膠帶傾斜等故障，避免作業(yè)人員清理回煤階段產(chǎn)生安全隱患，增強(qiáng)了運(yùn)輸?shù)目煽啃訹8]。

4 結(jié)束語

本文對(duì)帶式輸送機(jī)的自動(dòng)清掃裝置進(jìn)行分析研究，借助膠帶回程過程中的動(dòng)力來推動(dòng)自動(dòng)清掃裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)，完成膠帶回煤的自動(dòng)清掃；同時(shí)運(yùn)用自動(dòng)清掃裝置中安裝的提升機(jī)將所收集到的回煤運(yùn)輸?shù)较虏枯斔蜋C(jī)中，避免了因回煤?jiǎn)栴}所導(dǎo)致的膠帶傾斜、打滑等故障，降低了作業(yè)人員的作業(yè)強(qiáng)度，在皮帶輸送機(jī)的實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的效果，具有較強(qiáng)的推廣意義。