高速高分子托輥設(shè)計及研制

邊震 姜海 王金軍 劉傳營 羅德剛

摘要：煤礦開采技術(shù)的發(fā)展對運輸系統(tǒng)的運力提出了更高要求。帶式輸送機作為井下原煤輸送的主要運輸手段，其運量主要受帶寬和帶速制約?，F(xiàn)以1 200 mm帶寬的帶式輸送機和？準(zhǔn)159型號托輥作為研究對象，對影響帶速提升的關(guān)鍵部件托輥進(jìn)行重新設(shè)計和選型，設(shè)計了復(fù)合密封結(jié)構(gòu)，在保證良好密封性的前提下，避免了外密封圈與托輥軸接觸，既不損傷托輥軸，還降低了旋轉(zhuǎn)阻力。新研制的托輥重量輕、摩擦系數(shù)小、耐腐蝕性強，輥皮采用超高分子量聚乙烯管材。通過井下現(xiàn)場試驗，1 200 mm帶寬條件下選擇？準(zhǔn)159型號托輥，帶式輸送機能長期運行在6 m/s帶速，提速效果明顯。

關(guān)鍵詞：帶式輸送機;托輥;密封;輥皮;提速

0? ? 引言

運輸系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，帶式輸送機作為其主要設(shè)備，目前正向著高速化方向發(fā)展，本文為高速帶式輸送機設(shè)計了新型密封結(jié)構(gòu)和新材料的輥皮，滿足1 200 mm帶寬帶式輸送機使用？準(zhǔn)159托輥長期平穩(wěn)運行在6 m/s帶速的要求。

1? ? 帶式輸送機高速化主要限制因素分析

帶式輸送機的運量取決于輸送帶的寬度和運行速度，以往的研究已經(jīng)證明：運量相同時，窄輸送帶、高帶速比寬輸送帶、低帶速運行更經(jīng)濟(jì)，因此高帶速是帶式輸送機的發(fā)展方向[1]。在國外，帶式輸送機帶速已經(jīng)達(dá)到8 m/s，有的甚至超過10 m/s。國內(nèi)帶式輸送機運行速度較以前已有大幅度的提高，但與國外先進(jìn)水平相比還有不少差距。

現(xiàn)行帶式輸送機設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中，托輥許用轉(zhuǎn)速通常都要求不大于600 m/s，否則，輥子的旋轉(zhuǎn)阻力將急劇增加，使用壽命大幅度下降。帶式輸送機的最高帶速受托輥輥子的許用轉(zhuǎn)速制約，對應(yīng)不同直徑的輥子，最高帶速如表1所示。

本文研究對象為濟(jì)寧三號煤礦七采東部邊界帶式輸送機。帶寬B=1 200 mm，托輥直徑為159 mm，如果采用普通托輥，帶速最大不能超過5 m/s。要實現(xiàn)帶式輸送機高速運行，要么加大托輥直徑，要么提高托輥的許用轉(zhuǎn)速。加大輥子直徑，輥子的體積和重量就要加大，設(shè)備笨重，運輸、安裝困難，制造成本提高，能耗增大。而增加托輥的許用轉(zhuǎn)速可以在現(xiàn)有條件下解決這個問題，故限制帶式輸送機高速化的主要因素為托輥許用轉(zhuǎn)速[2]。

2? ? 實驗帶式輸送機主要參數(shù)

本文選取的現(xiàn)場工業(yè)性試驗場地為濟(jì)寧三號煤礦七采東部邊界帶式輸送機，其主要參數(shù)如表2所示。

3? ? 高速高分子托輥設(shè)計

3.1? ? 復(fù)合密封結(jié)構(gòu)設(shè)計

如圖1所示，復(fù)合密封由內(nèi)外密封圈組成，外密封圈采用綜合性能優(yōu)良的聚氨酯材料注塑而成，內(nèi)密封圈的材料為尼龍，內(nèi)外密封相互接觸，形成接觸密封的同時，也形成了迷宮密封。復(fù)合密封具有迷宮密封和接觸密封的共同優(yōu)點，對水、潮氣、灰塵都具有良好的密封性，由于外密封圈的唇邊是與內(nèi)密封圈而不是托輥軸接觸，既不損傷托輥軸，還降低了旋轉(zhuǎn)阻力。

3.2? ? 高速托輥輥皮設(shè)計

托輥旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量越小，旋轉(zhuǎn)阻力就越小，因此在滿足托輥強度和剛性的前提下，應(yīng)最大限度減小托輥旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量，高速托輥更是如此。要降低托輥旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量，輥皮是關(guān)鍵。目前煤礦大面積使用的托輥為金屬材料輥皮，剛性好、精度高、價格較低，但質(zhì)量大、磨損快，且在腐蝕環(huán)境下易銹蝕，一旦出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，極易損傷膠帶，在膠帶高速運行時，后果將非常嚴(yán)重。正因如此，本項目研究的智能型高效高速帶式輸送機系統(tǒng)托輥輥皮沒有采用鋼質(zhì)材料，而是采用了分子量在300萬以上的超高分子量聚乙烯（UHWM-PE）管材。與鋼質(zhì)管材相比，超高分子量聚乙烯管材具有以下優(yōu)點：

（1）密度只有940 kg/m3，是鋼材（密度為7 800 kg/m3）的1/8，制作托輥重量輕、旋轉(zhuǎn)質(zhì)量小;

（2）具有良好的自潤滑性，自身滑動性能優(yōu)于用油潤滑的鋼和黃銅，因此對輸送帶具有良好的保護(hù)性，即使托輥卡死，也不會損傷膠帶;

（3）摩擦系數(shù)極小，近似于冰面，與輸送帶的摩擦系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋼材與輸送帶的摩擦系數(shù)，運轉(zhuǎn)更加靈活、平穩(wěn);

（4）吸水率低（0.01%），抗粘附性好，即使在水或油媒介下，粉塵也不會在其表面粘著和堆積;

（5）耐磨性高于一般合金鋼的6倍，有“耐磨王”之稱，抗沖擊性能好;

（6）化學(xué)穩(wěn)定性極高，耐腐蝕性強，可以承受烈性化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，除對某些強酸在高溫下有輕微的腐蝕外，在其他酸堿液中不受腐蝕，不會銹蝕。

基于以上設(shè)計，采用新型復(fù)合密封和高分子輥皮研制的高速托輥配合KA系列C3優(yōu)質(zhì)托輥專用軸承[3]，可滿足轉(zhuǎn)速720 r/min，從而在1 200 mm帶寬條件下，使用？準(zhǔn)159型號托輥，帶速可達(dá)到6 m/s。

4? ? 試驗情況

通過使用高速高分子托輥，帶式輸送機工作狀態(tài)下，現(xiàn)場環(huán)境噪聲從使用鋼托輥的86 dB降為66 dB，有效改善了作業(yè)環(huán)境。在帶寬1 200 mm的帶式輸送機系統(tǒng)中使用？準(zhǔn)159型號的新型托輥，運行帶速可長期穩(wěn)定在6 m/s，對應(yīng)托輥轉(zhuǎn)速75.5 r/s，在大大提高帶式輸送機運輸效率的同時保障安全運行。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 劉振，包繼華，黃世鼎，等.帶式輸送機高速托輥的應(yīng)用研究[J].礦山機械，2011，39（6）：66-69.

[2] 江旗.膠帶輸送機托輥密封結(jié)構(gòu)機理及托輥強度分析[D].唐山：華北理工大學(xué)，2019.

[3] 孫海燕，包繼華.高速托輥滾動軸承的分析[J].起重運輸機械，2012（11）：63-64.

收稿日期：2020-08-11

作者簡介：邊震（1972—），男，山東鄒城人，助理工程師，研究方向：礦山機電。