彈簧支撐緩沖床增強(qiáng)緩沖作用

郝弘毅 蔡濤

摘 要：基于物料輸送的安全和效率，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，設(shè)計(jì)研制了彈簧式緩沖床。主要介紹了彈簧式緩沖床原理，普通緩沖床在煤礦帶式輸送機(jī)中的應(yīng)用及弊端，提出了彈簧式緩沖床設(shè)計(jì)構(gòu)架，與傳統(tǒng)礦用緩沖床之間的優(yōu)勢(shì)對(duì)比。得出結(jié)論：彈簧式緩沖床延長(zhǎng)了使用年限，減少了運(yùn)輸事故，降低能耗，提高了效率。

關(guān)鍵詞：彈簧；緩沖床；輸送機(jī)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TD528 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）14-0073-02

Abstract： Based on the safety and efficiency of material transportation， a spring buffer bed is designed and developed. This paper mainly introduces the principle of spring buffer bed， the application and malpractice of ordinary buffer bed in belt conveyor of coal mine， and puts forward the design frame of spring buffer bed， which is compared with the advantage of traditional mine buffer bed. The conclusion is that the spring buffer bed can prolong the service life， reduce the transportation accident and the energy consumption， while improving the efficiency.

Keywords： spring； buffer bed； conveyor； application

1 緩沖床改進(jìn)前景

皮帶輸送機(jī)是一種靠磨擦驅(qū)動(dòng)的連續(xù)動(dòng)作式運(yùn)輸機(jī)械，可廣泛運(yùn)用于礦山、冶金、煤炭、電站、港口、輕工、石油等行業(yè)。由單機(jī)或多機(jī)組合而成的運(yùn)輸系統(tǒng)來(lái)輸送物料，既可運(yùn)送散狀物料，也可以運(yùn)送成件物品。皮帶輸送機(jī)可用于水平或傾斜運(yùn)輸。皮帶輸送機(jī)由皮帶、機(jī)架、驅(qū)動(dòng)、滾筒、改向滾筒、承載托輥、回程托輥、張緊裝置、清掃器等零部件組成。

特別是在煤礦采掘、生產(chǎn)、轉(zhuǎn)運(yùn)及加工過(guò)程中帶式輸送機(jī)已成為必不可少的輸送設(shè)備，也是種類較多、長(zhǎng)度最長(zhǎng)、維護(hù)量最大的輸送設(shè)備。帶式輸送機(jī)在運(yùn)輸物料過(guò)程中為了轉(zhuǎn)載便利，一條輸送線上可能有多個(gè)落料點(diǎn)，特別是在煤倉(cāng)卸載或轉(zhuǎn)載落差較大時(shí)，遇到大一點(diǎn)的煤塊可能會(huì)砸壞皮帶和緩沖床。目前傳統(tǒng)緩沖床結(jié)構(gòu)是由緩沖條和支架組成，稍微先進(jìn)一點(diǎn)的重載緩沖床只是對(duì)支撐架進(jìn)行了加固，對(duì)皮帶的保護(hù)并沒(méi)有根本意義上的提高。由于緩沖條是緩沖床唯一的緩沖部件，皮帶接觸面使用特殊的高分子聚乙烯耐磨層，使輸送帶與緩沖條之間的摩擦系數(shù)降低，底部主要是高彈性橡膠層，使緩沖條受到?jīng)_擊時(shí)能通過(guò)自身的物理彈性起到一定的緩沖作用。國(guó)際上緩沖條普遍使用橡膠彈性為邵氏硬度55度左右，其厚度有限，一般只有三公分左右，緩沖吸能距離太小，對(duì)于一般物料沖擊能起到一定作用，但是遇到大塊的物料，其效果就不是很好。可目前市面上的緩沖床都是鋼性結(jié)構(gòu)安裝，沒(méi)有緩沖結(jié)構(gòu)，單靠緩沖條無(wú)明顯緩沖效果，緩沖床安裝都是鋼性連接，沒(méi)有彈性，很容易造成支架金屬疲勞彎曲甚至斷裂，砸壞皮帶和緩沖床的現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失和維修量。為大幅提高傳統(tǒng)緩沖床壽命，減少因大塊物料沖擊對(duì)緩沖床造成的損害，提出對(duì)傳統(tǒng)緩沖床加裝緩沖彈簧。

在煤礦，隨著大負(fù)荷、高強(qiáng)度的使用，皮帶輸送機(jī)的傳統(tǒng)緩沖床經(jīng)常損壞，維修困難。給正常生產(chǎn)帶來(lái)一定的影響。為了保證對(duì)皮帶輸送機(jī)使用的安全性和連續(xù)性，對(duì)傳統(tǒng)礦用緩沖床裝置進(jìn)行改造有著重要的意義。

2 緩沖理念

皮帶輸送機(jī)接貨點(diǎn)按來(lái)料方向的不同，主要分為側(cè)方向卸貨，平行方向卸貨，垂直方向卸貨。目前煤礦大功率輸送機(jī)的受料點(diǎn)緩沖床都是多加裝緩沖床條形式，用以吸收物料下落時(shí)的沖擊能量。為了保證設(shè)備的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，采取增加緩沖床條緩沖層的厚度，緩解皮帶在受到物料沖擊時(shí)產(chǎn)生巨大沖擊力。緩沖床條緩沖層能夠吸收沖擊能量，但是在實(shí)際的應(yīng)用中皮帶面及其緩沖條仍然承受較大的沖擊力，托輥架易產(chǎn)生變形和損壞，致使輸送帶面產(chǎn)生跑偏或受料點(diǎn)漏貨，影響皮帶在緩沖床處的正常運(yùn)行。帶式輸送機(jī)裝卸塊狀特別是比重大的礦石時(shí)，輸送帶受很大的沖擊力作用。在這種情況下，輸送帶面層可能被劃破，甚至擊穿，引起輸送帶早期報(bào)廢。理論分析證明，輸送帶受沖擊載荷的大小主要與下列因素有關(guān)。即裝載點(diǎn)的高度、礦石塊的質(zhì)量及其棱角的形狀、托輥的質(zhì)量、輸送帶的橫向彈性模量以及托輥襯墊的彈性模量，等等。在裝料點(diǎn)采用緩沖彈簧組，能大大減輕輸送帶的動(dòng)載荷，減少輸送帶損壞的幾率。因此對(duì)傳統(tǒng)礦用緩沖床安裝彈簧便可解決傳統(tǒng)緩沖床的諸多缺點(diǎn)。

緩沖床的主要作用就是減輕下落的矸石或煤塊對(duì)輸送帶的沖擊，支撐保護(hù)運(yùn)行的輸送帶。因此，主要安裝在帶式輸送機(jī)的轉(zhuǎn)載點(diǎn)、卸載點(diǎn)和漏煤眼下口等位置。此前礦井使用的緩沖床均是固定在帶式輸送機(jī)兩側(cè)邊梁上，輸送帶與緩沖床鋼架之間安裝橡膠條。此種結(jié)構(gòu)方式緩沖床的支撐力主要來(lái)自于帶式輸送機(jī)邊梁，同時(shí)又由于橡膠緩沖效果達(dá)不到要求，帶式輸送機(jī)邊梁要承受不斷的沖擊，使得整體輸送帶支架不穩(wěn)，緩沖床的使用效果一般，壽命短。

為了在現(xiàn)有條件下進(jìn)一步改善提升緩沖床的使用效果，對(duì)現(xiàn)有緩沖床做了機(jī)構(gòu)方面的改進(jìn)。

為了使緩沖床能承受更大的沖擊力、延長(zhǎng)使用壽命，更好地保護(hù)輸送機(jī)的皮帶，在緩沖床底部與輸送機(jī)中間架連接部位增加了4個(gè)緩沖彈簧，整個(gè)緩沖床都在4個(gè)緩沖彈簧上面，當(dāng)緩沖床受到物料沖擊時(shí)，一小部分的沖擊力由緩沖條吸收的同時(shí)大部分的沖擊力由4個(gè)緩沖彈簧吸收。通過(guò)在原有的緩沖床下方，增加了四組能減震吸能的彈簧，形成了緩沖條和減震彈簧兩級(jí)減震效果。這樣大大改善了傳統(tǒng)礦用緩沖床減震效果不佳的問(wèn)題。

3 緩沖原理

緩沖床底部與輸送機(jī)中間連接部位加裝4個(gè)緩沖彈簧，在緩沖床收到落下的煤流沖擊后，主要通過(guò)彈簧的物理彈性變形吸收沖擊力，起到緩沖作用，減少下落的煤流對(duì)輸送機(jī)的沖擊，降低了緩沖條和輸送帶之間的摩擦系數(shù)，提高了耐磨性，延長(zhǎng)了緩沖條和皮帶的壽命。在輸送帶收到大塊矸石、物料的沖擊力后，膠帶和緩沖彈簧向下壓縮，使緩沖床的固定支架受力。使用彈簧式緩沖床，輸送帶受力均勻，避免由于托輥斷裂、脫落而導(dǎo)致縱向撕裂皮帶，彈簧具有緩沖性，從而減弱煤流下落對(duì)輸送帶系統(tǒng)產(chǎn)生的沖擊力，也減少了煤塊矸石四處飛濺，有效保護(hù)了輸送系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

利用彈簧的特點(diǎn)在壓縮時(shí)都要產(chǎn)生反抗外力作用的彈力，而且形變?cè)酱?，產(chǎn)生的彈力越大；一旦外力消失，形變也消失。物理學(xué)家胡克研究得出結(jié)論：“在彈性限度內(nèi)，彈簧的形變量與它受到的拉力（或壓力）成正比”。彈簧緩沖器在受到?jīng)_擊后，將壓縮的動(dòng)能和勢(shì)能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢(shì)能，由于彈簧的反作用力，使壓縮物減速。當(dāng)彈簧壓縮到極限位置后，要釋放緩沖過(guò)程中的彈性變形能，逐步釋放所吸收沖擊的能量。很好地保護(hù)了緩沖床的整體結(jié)構(gòu)，而且無(wú)需潤(rùn)滑，不怕泥污，所占縱向空間小，重量輕等優(yōu)勢(shì)。擁有普通緩沖床的所有優(yōu)勢(shì)，還結(jié)合了彈簧緩沖特性起到了雙重保護(hù)作用。

4 延長(zhǎng)緩沖床的使用壽命

傳統(tǒng)礦用緩沖床由于無(wú)法解決大塊物料、矸石對(duì)緩沖床的巨大沖擊，常常導(dǎo)致帶式輸送機(jī)皮帶帶面磨損嚴(yán)重甚至劃傷，目前傳統(tǒng)礦用緩沖床只在緩沖條上做文章，通過(guò)調(diào)節(jié)緩沖條耐磨層和緩沖層對(duì)緩沖效果及耐磨效果進(jìn)行調(diào)節(jié)，但不管調(diào)節(jié)耐磨層還是調(diào)節(jié)緩沖層都無(wú)法從本質(zhì)上解決帶式輸送機(jī)傳統(tǒng)緩沖床的抗沖擊缺陷，引入彈簧式緩沖床便可從本質(zhì)上、結(jié)構(gòu)上解決傳統(tǒng)礦用緩沖床的設(shè)計(jì)缺陷，從而大大緩解大塊物料對(duì)緩沖床及帶式輸送機(jī)帶面的沖擊，進(jìn)而有效保護(hù)帶式輸送機(jī)，延長(zhǎng)使用壽命。

目前國(guó)際上的緩沖條耐磨層和緩沖層的選擇很難做到二者兼顧，耐磨層選擇厚了，自然緩沖層就少了，沒(méi)有了緩沖層的保護(hù)耐磨層容易砸壞，不但沒(méi)有延長(zhǎng)緩沖條的壽命，反而支架都容易砸壞。反過(guò)來(lái)耐磨層薄一點(diǎn)，緩沖層厚一點(diǎn)，很快耐磨層消耗殆盡后，皮帶直接和緩沖層摩擦，摩擦系數(shù)很大容易引起高溫燃燒，有很大的安全隱患，為避免安全事故發(fā)生必須對(duì)緩沖條勤更換，浪費(fèi)大量的人力物力甚至影響生產(chǎn)。通過(guò)改造，對(duì)緩沖床加裝緩沖彈簧可以有效解決緩沖條磨損與緩沖二者難以兼顧的難題，通過(guò)緩沖彈簧的配合使用可以選擇耐磨層更厚的緩沖條，市場(chǎng)耐磨層都是15毫米，如果選擇30毫米厚的耐磨層必然大大延長(zhǎng)了緩沖條的使用壽命。

彈簧式緩沖床的發(fā)明投用，延長(zhǎng)了膠帶運(yùn)輸機(jī)的壽命，減少了緩沖床的投入，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用效果，每條皮帶每年可節(jié)約皮帶費(fèi)用約58萬(wàn)元，節(jié)約緩沖床費(fèi)用約13萬(wàn)元；同時(shí)，降低了膠帶運(yùn)輸機(jī)的故障率，為礦井的安全生產(chǎn)提供了保障，間接經(jīng)濟(jì)效益可現(xiàn)。

通過(guò)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的實(shí)際狀況，改進(jìn)緩沖床結(jié)構(gòu)，降低了膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)的故障率，提升了膠帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行效率，大大增加了原煤產(chǎn)能。我們將持續(xù)追蹤彈簧式緩沖床在實(shí)際生產(chǎn)的應(yīng)用情況，不斷完善其結(jié)構(gòu)性能，為煤礦工業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)自己的貢獻(xiàn)。

5 緩沖條更換便利

緩沖條本來(lái)就是易損件，免不了需要更換，市場(chǎng)上對(duì)緩沖床的設(shè)計(jì)除了部分對(duì)皮帶的角度可以調(diào)節(jié)外都是固定焊死，緩沖條更換很費(fèi)勁，甚至需要松掉皮帶拉緊，沒(méi)有能直接快速更換的設(shè)計(jì)。為了更換便利，緩沖床改成對(duì)開(kāi)式設(shè)計(jì)，只要松開(kāi)兩邊4個(gè)銷軸就可以把兩邊的緩沖條整體放平，松開(kāi)緩沖條上的固定螺栓就能自由抽出更換，方便快捷（如圖1）。

參考文獻(xiàn)：

[1]聶毓琴，孟廣偉.材料力學(xué)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2]劉令勛，劉英貴.動(dòng)態(tài)密封設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1993，11.

[3]劉鴻文.材料力學(xué)[M].第五版.北京：高等教育出版社，2003.