摘要：近年来，随着开采深度的增加，提升容器和提升速度不断增大，复合材料的罐道得到了广泛的应用，新型的滚轮罐耳不断地出现。作为竖井提升的辅助装置，要求滚轮罐耳具有较好的缓冲和减振性能，能有效避免容器与组合钢罐道的硬性撞击，保证提升过程中容器的平稳运行。基于此，本文主要对加强型缓冲滚轮在带式输送机中的应用进行分析探讨。
关键词：加强型缓冲滚轮；带式输送机；应用
1、概述
城机、门山铜矿选矿厂破碎系统由重型板式给料颚式破碎机和带式输送机等设备组成，带式输送机运行状况的好坏对整个系统的畅通起着至关重要的作用。存在的问题该矿的破碎系统设备布置如图1所示。带式输送机采用35°槽角的三辊式缓冲托辊组作为转载落料点缓冲，以减小矿石对输送带的冲击，延长输送带使用寿命。缓冲托辊结构如图2所示，由冷黏接连体弹性胶环和锁环组成。由于落料点粉尘大，缓冲托辊密封性能差，轴承经常损坏。缓冲胶圈采用再生橡胶制造，弹性、耐磨性、耐撕裂性及耐老化性较差，容易断裂脱落，对输送带造成伤害。颚式破碎机出料口距缓冲托辊有1m的高差，大块矿石下落时会产生较大的冲击，导致缓冲托辊变形，需进行更换，不仅浪费人力和物力，还对正常生产造成严重影响。
图 1 破碎系统设备布置
图 2 缓冲托辊
2、链条缓冲装置的研发及应用
许多输送机采用链条作为牵引传动构件，其结构简单、牵引力大。但是，采用链条传动也有不足之处，其最大的缺点是，链条尤其是大节距链条运行时会产生多边形效应，造成传动的冲击较大，从而影响设备和链条本身的使用寿命，恶化设备使用环境。链条缓冲装置中的弹性缓冲机构，可以通过压杆进行杠杆转换并吸收压杆端部滚轮的受力，以缓解链条运行带来的多边形效应，减小冲击，提高链传动的性能。在同样的工况下，还可以选用更小规格的链条，以避免大节距链条传动存在的弊端，同时改善设备使用环境。
链条缓冲装置由滚轮、压杆、弹性缓冲机构和连接机构等组成，见图1。弹性缓冲装置包括压座、碟形弹簧、带导向杆的压块。碟形弹簧设置在带导向杆的压块上，压座固定在压杆中部的适当位置，碟形弹簧另一端与压块相抵顶，压块的导向杆一端伸进碟形弹簧内。当然，弹性缓冲机构还可以是其他的结构，如普通弹簧及其附属结构，或者是具有弹性材质的结构，如橡胶块等。由于碟形弹簧的刚度大，所以用在这里缓冲效果好。滚轮设置在压杆的端部，压杆的另一端与连接架铰接，压杆可以以铰点为轴转动。
为了对弹性缓冲机构的弹力进行调节，设置了调节机构。调节机构包括螺杆和与之配合的螺母块，螺母块与连接架固定。螺杆与螺母块相配合，螺杆一端与压块相抵顶。向压块方向旋转螺杆，螺杆伸长，压迫压块向下移动，从而使碟形弹簧压缩，弹力增加，反之可以减小碟形弹簧的弹力。在链条缓冲装置中，调节完碟形弹簧的弹力后，为了固定螺杆的位置，调节机构还使用锁紧螺母，用于锁固螺杆的位置。
在链轮的入绕点和奔离点处分别安装链条缓冲装置。具体方法是，将链条缓冲装置通过螺栓固定在机架上，并使滚轮与链条的链板压紧。滚轮由高硬度的耐磨钢制成，转动部分采用滑动轴承，根据冲击载荷的特点，弹性缓冲机构中的弹簧采用刚度大的蝶形弹簧，并且有调节功能。
当链条传动时，由于多边形效应，链条上的冲击载荷通过滚轮传递到碟形弹簧上，而碟形弹簧的受力经过了杠杆转换，弹簧受力后发生弹性变形，将其受力转化为弹性变形，从而达到减震的目的。链条缓冲装置的应用，缓解了链条运行时的多边形效应，解决了链条运行冲击大的问题，提高了链传动的性能，改善了设备的使用环境。链条缓冲装置已取得了国家专利，这一研究成果已推广应用到20多个工程项目中，取得了良好的经济效益和社会效益。
3、滚轮在水平推力下的变形量
（1）受力分析
当提升容器受到水平冲击力作用时，滚轮罐耳也受到冲击力的作用。滚轮罐耳的接触应力应按经验公式（1）计算。接触应力是缓冲行程非常重要的一个影响因子。
式中Ls———罐耳与罐道的实际接触长度。由式（1）可以看出，接触应力与实际罐耳半径和实际接触长度的平方根成反比，增加罐耳厚度，能够减小接触应力，增加使用寿命。以山东省某企业生产的LS35罐耳为例进行解析。此型号产品的技术参数如下
实际罐耳半径Rs/m 0.175
罐耳与罐道的实际接触长度Ls/m 0.155
滚轮弹性模量Eu/MPa 9.38
罐道的弹性模量Es/GPa 200
滚轮的泊松比μu 0.5
罐道的泊松比μs 0.25
罐耳与罐道间的力ps/kN 1024
接触半径bs/m 0.0297 0.046
接触应力σs/kPa 2160 3346
（2）聚氨酯轮的变形量计算
ANSYS软件是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。本文将利用ANSYS进行变形量求解。10kN时变形量的最大值为0.6mm，24kN时变形量的最大值为1.5mm。聚氨酯轮的最大变形量发生在承受水平推力的位置，其承受的水平推力越大，其变形量也越大，近似呈线性关系。在这里可以引入聚氨酯轮变形刚度的概念，此变形刚度值（10/0.6≈24/1.5≈16.666kN/mm）随着罐耳尺寸的变化而变化。ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。本文将应用ADAMS求解摆架在水平推力下的变化情况。初始张力和水平力呈线性关系。而缓冲装置的工作行程则统一要求为10～14mm，这就意味着开始时水平推力由缓冲装置进行减振，而缓冲装置行程超过14mm时，则由摆架的结构进行刚性支撑，基本上无缓冲，滚轮罐耳此时将失去减振缓冲功能，对竖井提升过程是极为不利的。因此，标准中关于缓冲装置工作行程的硬性要求是有待斟酌的。
图 3 加强型缓冲滚轮结构
图 4 加强型缓冲滚轮的使用
ADAMS中建立的滚轮罐耳模型，此模型主要有以下几个部分：①3个旋转副；②1个移动副；③1个水平推力（方向不随着罐耳的变形而改变方向）；④1个弹簧约束（模拟缓冲装置）。此模型计算的准确性关键取决于缓冲装置中弹簧刚度值的选取。
4、加强型缓冲滚轮的应用
针对缓冲托辊在生产中存在的问题，经过现场测量计算，设计制造了加强型缓冲滚轮，以代替原有的缓冲托辊。加强型缓冲滚轮结构如图3所示，下矿点使用加强型缓冲滚轮如图4所示。采用整体轴承座的加强型缓冲滚轮，取代了原来的缓冲托辊及托辊支架，更换方便。缓冲滚轮轴采用45钢调质处理，直径为80mm，强度高，还具有一定的弹性和韧性，能够承受矿石的冲击力。缓冲滚轮采用多组不同直径的橡胶圈装配在轴上，两端用挡板固定，不仅能保证缓冲托辊的安装角度，当橡胶圈磨损后也方便更换。因橡胶圈较厚，抗冲击性好，耐磨损，延长了缓冲滚轮的使用寿命。缓冲滚轮两端采用22312CA型调心轴承，可承受较大的径向载荷，提高了轴承的使用寿命。
5、使用效果
加强型缓冲滚轮使用寿命可达2a，缓冲橡胶圈损坏后更换方便，轴与轴承座均不需要更换。与原缓冲托辊相比，降低了使用费用，减小了维修量，保证了设备的安全运行。
参考文献：
[1]高昆.滚轮罐耳的改进[J].科技信息，2007(6):213-215.
[2]杨建奎，李祝民.滚轮罐耳的受力分析及改进[J].矿山机械，2009(24):37.
[3]刘春峰，韩延伟.立井提升容器滚轮罐耳结构分析及发展[J].煤矿机械，2003(9):84-85.
论文作者:张宇
论文发表刊物:《基层建设》2018年第22期
论文发表时间:2018/9/12
标签：滚轮论文; 链条论文; 弹簧论文; 装置论文; 弹性论文; 托辊论文; 螺杆论文; 《基层建设》2018年第22期论文;