一種大運(yùn)量皮帶運(yùn)輸機(jī)重型游動(dòng)小車設(shè)計(jì)

張 濤

(同煤集團(tuán) 朔州煤電機(jī)電裝備制造公司,山西 懷仁 038300)

0 引言

煤礦井下可伸縮皮帶運(yùn)輸機(jī)是煤礦煤炭運(yùn)輸?shù)闹匾O(shè)備，隨著工作面走向長(zhǎng)度的越來(lái)越長(zhǎng)，可伸縮皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)距也越來(lái)越長(zhǎng)，有的甚至達(dá)到3 000 m，運(yùn)輸量也越來(lái)越大，傳統(tǒng)1.2 m皮帶機(jī)頭部設(shè)計(jì)已經(jīng)不適合現(xiàn)代高產(chǎn)高效礦井使用。隨著運(yùn)距、運(yùn)量的增長(zhǎng)，皮帶張緊力隨之增大，游動(dòng)張緊小車和儲(chǔ)帶倉(cāng)軌道受力極大的增加使得游動(dòng)張緊小車變形、越軌、損壞事件頻發(fā)。為此，本文設(shè)計(jì)了一種大運(yùn)距、大運(yùn)量皮帶機(jī)張緊游動(dòng)小車，以滿足現(xiàn)代化高產(chǎn)高效運(yùn)輸需要。

1 傳統(tǒng)游動(dòng)小車典型結(jié)構(gòu)

皮帶機(jī)儲(chǔ)帶倉(cāng)部主要通過(guò)游動(dòng)小車來(lái)進(jìn)行膠帶伸縮，游動(dòng)小車牽引著整條膠帶，受力大，頻繁往復(fù)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致故障率高。傳統(tǒng)1.2 m帶寬皮帶機(jī)游動(dòng)小車在15K或18K的軌道上運(yùn)行，軌道型材實(shí)際腰厚為10 mm，受力較大時(shí)極易變形，且其卡軌部分為止爬鉤，極易損壞，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際中，止爬鉤使用一段時(shí)間后基本無(wú)法起到卡軌作用;此外，因張緊部繞帶形式，導(dǎo)致其改向滾筒較多，通常為4個(gè)滾筒，2個(gè)Φ400滾筒，2個(gè)Φ219滾筒，且最高滾筒重心與軌道距離較遠(yuǎn)，導(dǎo)致其運(yùn)行時(shí)穩(wěn)定性較差[1]。傳統(tǒng)游動(dòng)張緊小車結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)游動(dòng)張緊小車結(jié)構(gòu)示意圖

傳統(tǒng)游動(dòng)小車為四層儲(chǔ)帶結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在多個(gè)小滾筒，受力增大時(shí)小滾筒易損壞。隨著皮帶機(jī)運(yùn)距及運(yùn)量增大、拉力增大，小滾筒由于軸較細(xì)、旋轉(zhuǎn)速度快，易損壞，在實(shí)際使用中經(jīng)常需要更換小滾筒。由于傳統(tǒng)游動(dòng)小車結(jié)構(gòu)單薄，皮帶輸送機(jī)運(yùn)距增長(zhǎng)，拉力隨之增大，車架變形后導(dǎo)致游動(dòng)小車脫軌。

傳統(tǒng)游動(dòng)小車皮帶機(jī)纏繞在多個(gè)小滾筒之間，使得各層膠帶之間距離較小，設(shè)計(jì)時(shí)只能通過(guò)尺寸較小的鋼材對(duì)小車進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的加固，而相對(duì)于拉力的幾何倍增大，這樣的結(jié)構(gòu)加固對(duì)小車強(qiáng)度改變起不到實(shí)質(zhì)作用。

2 重型游動(dòng)小車設(shè)計(jì)

2.1 重型游動(dòng)小車整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)傳統(tǒng)游動(dòng)小車不適應(yīng)現(xiàn)代化礦井大運(yùn)距、大運(yùn)量、帶速快的特點(diǎn)進(jìn)行重構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以滿足在3 000 m的運(yùn)距、40 t的拉力下平穩(wěn)運(yùn)行。在同樣儲(chǔ)四層帶的基礎(chǔ)上，將兩個(gè)大滾筒和兩個(gè)小滾筒(2個(gè)Φ400滾筒，2個(gè)Φ219滾筒)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，改為大、小兩個(gè)滾筒，滾筒直徑分別為Φ830和Φ500，滾筒軸也隨之加粗，保證了滾筒強(qiáng)度，在相同帶速的狀況下滾筒轉(zhuǎn)速降低，可延長(zhǎng)使用壽命。由于最小滾筒直徑為Φ500，皮帶纏繞后帶之間的距離為500 mm，空間較大，可使用大尺寸型鋼做橫梁，所以設(shè)計(jì)400×400的H鋼梁作為橫梁，小車側(cè)架使用C型400槽鋼，整個(gè)游動(dòng)小車通過(guò)重型鋼梁焊接而成。在400C型槽鋼上開槽，安裝滾筒座，滾筒座通過(guò)螺絲固定在槽鋼座上。在需要皮帶調(diào)偏時(shí)，松開預(yù)緊螺絲，通過(guò)絲杠調(diào)節(jié)滾筒座位置實(shí)現(xiàn)滾筒位置的調(diào)節(jié)[2]。重型游動(dòng)小車整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。該游動(dòng)張緊小車整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易調(diào)偏，故障率低。

1-400C槽鋼側(cè)架；2-Φ830滾筒；3-Φ500滾筒；4-游動(dòng)小車軌道輪；5-游動(dòng)小車軌道靠輪組件；6-400×300H型鋼；7，8-400×400H型鋼；9-滑輪組

相對(duì)于傳統(tǒng)張緊部繞帶方式，本游動(dòng)小車所需的滾筒更少，小車內(nèi)的改向滾筒直徑更大，可以使四層儲(chǔ)帶結(jié)構(gòu)的中間兩層帶間距增大，簡(jiǎn)化了皮帶張緊倉(cāng)內(nèi)托輥小車的結(jié)構(gòu)。張緊部繞帶方式如圖3所示。

圖3 張緊部繞帶方式 圖4 重型游動(dòng)張緊小車受力分析 圖5 重型游動(dòng)張緊小車結(jié)構(gòu)件框體應(yīng)力云圖

2.2 重型游動(dòng)張緊小車結(jié)構(gòu)件框體力學(xué)載荷分析

圖4為重型游動(dòng)張緊小車受力分析。液壓絞車鋼絲繩拉力為20 kN，經(jīng)過(guò)游動(dòng)小車滑輪機(jī)構(gòu)后，游動(dòng)小車?yán)Φ暮狭?0 kN，游動(dòng)張緊小車產(chǎn)生80 kN的力反向分布在4個(gè)滾筒座上，每個(gè)為20 kN。根據(jù)游動(dòng)張緊小車的受力，在Ansys軟件中對(duì)結(jié)構(gòu)件框體進(jìn)行受力分析，得到的應(yīng)力云圖如圖5所示。

2.3 游動(dòng)小車行走機(jī)構(gòu)

圖6為重型游動(dòng)小車正視圖。游動(dòng)小車行走在左右兩根40#槽鋼軌道上，左側(cè)軌道為槽鋼平面，右側(cè)軌道為角軌(焊接在槽鋼平面上)。游動(dòng)小車左側(cè)行走部為平輪結(jié)構(gòu)，行走在槽鋼平面上；右側(cè)行走部為角輪結(jié)構(gòu)，在角軌上行走，以保持小車沿角軌方向直線行駛。此外，設(shè)計(jì)卡軌部，由卡軌立輪、卡軌橫輪組成?？ㄜ壛⑤喛梢允剐≤嚤３炙竭\(yùn)動(dòng)，防止出現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)而脫軌?？ㄜ墮M輪使小車沿平行槽鋼方向運(yùn)動(dòng)，防止小車左右晃動(dòng)。游動(dòng)小車安裝立輥，以起到防皮帶跑偏的作用[3]。膠帶通過(guò)大滾筒和小滾筒改向纏繞，實(shí)現(xiàn)4層膠帶的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。因游動(dòng)小車所處的空間狹小，行走部受力大，而且游動(dòng)小車為低速重載運(yùn)行，行走部的行走平輪和行走角輪改變傳統(tǒng)軸承結(jié)構(gòu)，改用銅套結(jié)構(gòu)，這樣可以將軸加粗，強(qiáng)度加強(qiáng)，保持游動(dòng)張緊小車平穩(wěn)運(yùn)行，防止越出軌道[4]。

1-行走平輪；2-卡軌立輪；3-卡軌橫輪；4-左側(cè)槽鋼軌道；5-右側(cè)角軌；6-行走角輪；7-游動(dòng)小車立輥

3 結(jié)語(yǔ)

皮帶機(jī)重型張緊游動(dòng)小車是為滿足大運(yùn)距、大運(yùn)量皮帶運(yùn)輸機(jī)張緊問(wèn)題而設(shè)計(jì)的，可滿足20 t以下液壓絞車?yán)o使用。相對(duì)于傳統(tǒng)的游動(dòng)小車，皮帶機(jī)重型張緊游動(dòng)小車可以承受更大的拉力，能更穩(wěn)定地運(yùn)行，改善了傳統(tǒng)游動(dòng)小車易于越軌、容易變形的問(wèn)題。