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      礦用皮帶機(jī)運(yùn)輸帶優(yōu)化及導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)改造研究

      2020-07-23 09:07:36王玉明
      機(jī)電工程技術(shù) 2020年6期
      關(guān)鍵詞:導(dǎo)料皮帶機(jī)礦用

      王玉明

      (西山煤電(集團(tuán))有限公司馬蘭礦,山西古交 030200)

      0 引言

      礦用皮帶機(jī)的主要作用是將散料運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢?,這種設(shè)備對物料只完成位置的轉(zhuǎn)移,僅要求設(shè)備應(yīng)用靈活,運(yùn)輸路線也比較隨便。皮帶機(jī)技術(shù)的發(fā)展也是比較成熟,皮帶機(jī)主要優(yōu)點(diǎn):(1)結(jié)構(gòu)簡單,維修更換方便;(2)運(yùn)輸比較平穩(wěn),可以基本實(shí)現(xiàn)對物料的保護(hù)作用;(3)成本低,可以適應(yīng)比較惡劣的工作環(huán)境;(4)運(yùn)輸能力強(qiáng),對物料的適應(yīng)能力強(qiáng)[1]。皮帶機(jī)的主要缺點(diǎn):(1)運(yùn)輸過程比較適應(yīng)直線運(yùn)輸,在有轉(zhuǎn)彎的情況下是不適用的;(2)占地空間比較大;(3)密封性不好,粉狀物料的粉塵污染比較大[2]。

      礦用皮帶機(jī)有其自身的優(yōu)缺點(diǎn),在現(xiàn)代礦業(yè)發(fā)展中占領(lǐng)著不可替代的作用,然而運(yùn)輸帶作為皮帶機(jī)的關(guān)鍵零部件,直接影響著皮帶機(jī)的使用壽命及工作效率。

      1 礦用皮帶機(jī)運(yùn)輸帶應(yīng)用缺陷

      每個礦場的運(yùn)輸帶基本都不能通用,按材質(zhì)分:普通帆布帶、尼龍帶、EP帶、鋼絲帶等。運(yùn)輸帶的規(guī)格線層從4層到8層線不等;在制造工藝方面,上膠面厚度為4~10 mm[3]。根據(jù)其不同的材質(zhì)和承載能力,有種類繁多的型號,占據(jù)大量的空間和資源,從而造成了不必要的浪費(fèi);同時對備件設(shè)備的選擇和檢修都帶來了比較大的困難。因此對礦場皮帶機(jī)所用的輸送帶進(jìn)行全面校核,減少規(guī)格型號,對輸送帶進(jìn)行優(yōu)化處理,意義重大。

      2 礦用皮帶機(jī)運(yùn)輸帶優(yōu)化

      (1)運(yùn)輸帶下垂的最小張力[4]

      式中:qB為運(yùn)輸帶每米長度的質(zhì)量,kg/m;qG為輸送物料每米長度的質(zhì)量,kg/m;g為重力加速度,g=9.8 m/s2;a為帶輪中心距,單位m,h為帶輪厚度,單位m。

      (2)最大圓周驅(qū)動力

      式中:Fu為圓周驅(qū)動力,N;Ka為驅(qū)動力系數(shù)。

      (3)運(yùn)輸帶不打滑的最小驅(qū)動力

      綜合式(1)、(2),一般情況下,保證運(yùn)輸帶不打滑的最小驅(qū)動力[5]為:

      式中:euφ一般取2.5。

      通過以上運(yùn)算可以找到滿足運(yùn)輸穩(wěn)定性的最基本的運(yùn)輸帶承載能力。

      (4)運(yùn)輸帶的層數(shù)[6]

      理論計算如下:

      式中:B為帶寬,m;σ為物料密度,kg/m3。

      通過理論計算,對運(yùn)輸帶的類型進(jìn)行優(yōu)化,可以確定一款皮帶機(jī)在穩(wěn)定安全運(yùn)輸?shù)那闆r下,所需要的最基本的運(yùn)輸帶型號及規(guī)格,從而進(jìn)行優(yōu)化,減少其種類,降低了管理及檢修的復(fù)雜性。

      3 傳統(tǒng)皮帶機(jī)導(dǎo)料槽缺陷

      運(yùn)輸帶的類型優(yōu)化對礦場的管理及占地和檢修費(fèi)用有了很大的改善。然而運(yùn)輸帶作為礦用運(yùn)輸機(jī)最關(guān)鍵的零部件,價格昂貴,耐久性差。為了進(jìn)一步提升運(yùn)輸帶的使用壽命,對失效的運(yùn)輸帶進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)大約80%的失效都是由于導(dǎo)料槽擋板對運(yùn)輸帶的磨損導(dǎo)致的。因此有必要對導(dǎo)料槽擋板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,以達(dá)到延長運(yùn)輸帶壽命的目的。

      導(dǎo)料槽擋板的作用主要有兩個方面:一是可以對物料起到導(dǎo)料的作用,給物料一個正確的傳輸方向;二是密封作用,防止物料粉塵溢出。傳統(tǒng)導(dǎo)料槽的基本機(jī)構(gòu)如圖1所示。傳統(tǒng)的導(dǎo)料槽通過擋板與運(yùn)輸帶之間的壓力來實(shí)現(xiàn)密封和導(dǎo)料的相互作用,而在此壓力條件下,導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)上既會產(chǎn)生一定的多余的負(fù)荷,也會對輸送帶產(chǎn)生很大的磨損。

      圖1 傳統(tǒng)導(dǎo)料槽的基本機(jī)構(gòu)示意圖

      4 皮帶機(jī)導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)改造升級

      運(yùn)輸帶在運(yùn)輸過程中主要承受的外力有:(1)物料和運(yùn)輸帶的摩擦力;(2)清掃器、卸料器等固定部件對支撐運(yùn)輸帶來的阻力;(3)物料提升所需要的阻尼;(4)導(dǎo)料槽摩擦阻力。通過分析可以得出物料和運(yùn)輸帶的摩擦力、物料提升所需要的阻尼都是必須要克服的必要阻力;而導(dǎo)料槽的摩擦阻力、清掃器和卸料器等固定部件對支撐運(yùn)輸帶來的阻力是可以進(jìn)行優(yōu)化的不必要阻力。

      導(dǎo)料槽的擋板一般是選擇膠料的材質(zhì),而橡膠的小變形彈性理論[7]如下:

      式中:K為體積壓縮模量,GPa;P為施加壓力,Pa;ΔV為收縮體積,m3;V0為壓力初始體積,m3。

      橡膠類的體積壓縮模量很高,由此可以說明:只要導(dǎo)料槽攔板發(fā)生一點(diǎn)變形就會產(chǎn)生對應(yīng)的阻力,從而對運(yùn)輸帶產(chǎn)生磨損。

      針對以上分析,對導(dǎo)料槽的擋板進(jìn)行了改造設(shè)計,采用非接觸式的擋板結(jié)構(gòu)。非接觸式的導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)如圖2所示。通過將原來擋板與輸送帶之間的接觸進(jìn)行疏離,同時分別設(shè)置了導(dǎo)料裝置和密封裝置,采用廢舊的橡膠材質(zhì)皮帶作為導(dǎo)料裝置,但是與輸送帶之間有3mm左右的間隙,不與輸送帶產(chǎn)生直接接觸,從而避免了接觸應(yīng)力。在縫隙處使用軟質(zhì)的布料,由于材質(zhì)較軟也不會產(chǎn)生很大的摩擦,也可以使用小滾輪,滾動摩擦也會對阻力有很大的改善作用。

      圖2 非接觸式的導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)示意圖

      5 皮帶機(jī)改造前后的性能對比

      對導(dǎo)料槽改造前的一段運(yùn)輸帶受力分析,受力分析圖如圖3所示。假設(shè)皮帶變形內(nèi)徑為r,厚度為h,變形處夾角為α,欄板總長度為l,則變形狀態(tài)V′體積[8]為:

      圖3 改造后的導(dǎo)料槽受力分析

      然而改造后擋板不與輸送帶產(chǎn)生直接接觸,所以基本沒有摩擦力表現(xiàn),而下面的軟質(zhì)密封材料,質(zhì)地很輕,摩擦力也基本可以忽略不計。

      6 結(jié)束語

      本文對運(yùn)輸帶的種類進(jìn)行了優(yōu)化,并對導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造,設(shè)計出一種非接觸式的導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)。

      運(yùn)輸帶種類及型號繁多,通用性不好。不僅給采購部門增加工作量,同時對煤礦企業(yè)產(chǎn)生較大的占地面積浪費(fèi)及資源浪費(fèi)。因此對輸送帶的型號及規(guī)格進(jìn)行優(yōu)化統(tǒng)一,通過計算得到可以使輸送機(jī)穩(wěn)定工作的基本能力,從而可以給出更多的輸送帶選擇空間,減少了輸送帶的型號和規(guī)格,因此降低了公司的資源浪費(fèi)及成本。

      通過對輸送帶層數(shù)的計算,可以選擇直接可靠的層數(shù)即可,不必要保守選擇,造成一定的浪費(fèi)。

      通過改造導(dǎo)料槽的結(jié)構(gòu),即非接觸式的導(dǎo)料槽,有效降低了擋板與輸送帶之間的磨損,從而降低了輸送帶的壓力,減少磨損,提高了輸送帶的使用壽命。為企業(yè)降低運(yùn)輸帶消耗42.8%,節(jié)省了約10.4%的電能消耗。

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