皮带机新型清扫器系统的研究与应用
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作者: 范家庆
【摘要】煤炭码头皮带机清扫器是不可或缺的部件之一，它负责着皮带机沿线清扫清洁的工作，以往传统的两级清扫器已经不能满足我们目前对环保的新要求，所以新型清扫器系统的研究与应用迫在眉睫。
【关键词】皮带机；清扫器；三级清扫；聚氨酯；合金刀头
一、煤炭码头环保现状
近年来，随着经济的发展，能源的紧迫需求，我国煤炭“西煤东运、北煤南移” 格局的深化，带动了煤炭码头的迅速发展。与此同时，也造成了煤炭运输过程中的环境污染问题。党的“十八大”和“十二五”规划中将生态文明建设放在了非常重要的位置，把保护环境定为基本国策。对煤炭行业环保治理标准和规范进一步深化、升级。但是，煤炭行业原有环保标准及环保设备大多采用当年国家的对应标准实施和执行，相应的管理制度和治理方案已经不能满足当今煤炭港口环境保护的新要求。煤炭种类繁多也是造成污染的原因之一，尤其是块煤作业过程中造成洒漏扬尘等污染问题。
二、煤炭码头清扫器简介
头部清扫器：头部清扫器用于皮带卸载滚筒回程皮带上面的清扫工作，该清扫器随皮带机配套，该清扫器配套有重锤涨紧或弹簧涨紧。数量：普通皮带机1道、强力皮带机2道，清扫介质：普通皮带机使用胶条、强力皮带机使用合金或聚氨酯。
中部清扫器：也用于清理皮带非工作面，使下皮带面粘的物料尽量少地传送到下部托辊及改向滚筒上去。安装位置：与皮带中部卸载点后方5米范围内，或皮带机机身（距离机头）2/3位置。数量：普通皮带机至少1道、强力皮带机至少2道，清扫介质：普通皮带机使用胶条、强力皮带机使用胶条或聚氨酯。
尾部空段清扫器：负责皮带机机尾前非工作面的清扫。数量：至少1道。清扫介质：普通皮带机使用胶条、强力皮带机使用胶条或聚氨酯。安装位置：机尾缓冲托辊架前方5米范围内。
头部清扫器处卫生清理由皮带机机头司机负责；皮带机中部卸载点位置清扫器处卫生清理由搭接皮带机（刮板机）单位安排人员清理；皮带机中部空段清扫器处卫生清理由皮带机管理单位负责；皮带机机尾15米范围内如有下部设备搭接时，卫生由搭接皮带管理单位负责清理（多部设备同时搭接时，由最近设备单位负责）；皮带机机尾无设备搭接时，卫生由皮带机管理单位负责。清扫器分类：
1）机械型：由刮板、刮板架、支座和重锤或弹簧组成，其特征在于：刮板呈“八”字形、“一”字形设于挂板架上，固定在输送机机头卸载滚筒下，利用重锤或弹簧起到补充平衡作用。
2）电动型：由电动机、减速机、传动轴、调整座、筒状箱体、支架等组成，利用旋转方式和滚筒挤压等方式把胶带粘性物料清理干净。
输送机清扫器种类有：无动力毛刷式皮带清扫器、高分子聚氨酯清扫器、无动力滚刷式皮带清扫器、聚氨酯清扫器、O型清扫器、合金橡胶清扫器、V型清扫器、空段清扫器、刮板清扫器、皮带机辅机DQS型高分子清扫器、合金弹簧滚筒清扫器、电动旋转式清扫器、电动滚刷是清扫器、复合胶板弹簧钢片面皮带清扫器等等。
三、煤炭码头传统清扫器的使用现状
皮带机输送煤炭过程中，一部分煤粉会粘结在输送带工作面，经过头部滚筒转向，工作面朝下。理论上在头部滚筒附近加装的清扫器能够将工作面的粘煤清理干净，如果清扫器清理效果不佳，粘煤就会直接洒落到头部滚筒与驱动站之间，同时，胶带工作面会带着粘煤进入到驱动站上改向滚筒处，很短时间内导致该处滚筒包胶表面产生积煤，造成滚筒包胶的严重磨损。
原有设计清扫系统包括P型清扫器、H型清扫器两级清扫，刀片为合金材质。后经改造，统一更换为聚氨酯刀片。聚氨酯清扫器在多年的实际使用过程中发现磨损快、寿命短，使用效果大打折扣。在实际作业过程中很容易造成头部滚筒与驱动站之间的粘煤洒漏，驱动站上改向滚筒磨损严重，产生噪声污染。据不完全统计，公司开港以来由于粘煤磨损造成的驱动站附近的滚筒更换数量达121次，占滚筒更换总数的约85%。煤炭内含有一定量的水分，运转过程中会附着在胶带上，直接导致驱动站上改向滚筒包胶会出现冻粘现象，并很快产生冰溜子，容易扎伤胶带，导致皮带跑偏，尤其是导致皮带的剧烈抖动，影响皮带与滚筒的稳定性，技术人员在驱动站上改向滚筒处增设了清冰器，虽在一定程度上可以清理滚筒冰溜子，但还会出现局部抖动，且在使用过程中出现过开焊的情况，存在较大的安全隐患。
四、传统清扫器的使用问题及研究升级的必要性
1、带式输送机输送的材料往往带有粘性物质，如煤尘、泥浆、粉状物料，其中一部分会粘在输送带工作面上，在卸料时不能卸掉，粘着物料便进入驱动滚筒造成皮带打滑；粘着物进入空载段的下托辊上，把托辊弄脏并粘有这些附着物。物料进入托辊壳体内，从而增大轴承座上的径向载荷和轴向载荷，使得轴承快速磨损，甚至造成托辊停转；托辊壳体粘上物料会撕裂和拉毛输送带的面胶，加速输送带磨损。如果粘着物进入机尾改向滚筒，就会粘在滚筒表面上，越粘越多，附着力也越来越大；粘着物还会绕过机尾滚筒粘在铰接托辊上，结果造成输送带跑偏，增加输送带磨损，酿成严重后果。输送带上残留的物料还会加大对滚筒的摩擦力，有时会引起输送带面胶和滚筒包胶层的撕裂或断带。同时，煤炭内混有杂质，粘在皮带回程面上的煤不及时清理的话，再作业其他煤种时，就会混入到后面的煤种当中，这对于煤炭质量要求非常严格的作业环境来说是不允许的。如果清扫装置良好，对托辊、输送带等的使用寿命都可以延长。同时，如果想认为清除机尾滚筒的粘着物，往往容易发生严重的人身伤亡事故，为保证皮带输送机的正常运转，必须将输送带上的粘着物清扫干净。由此可见，清扫器在带式输送机上有着不可忽视的作用。
2、带式输送机清扫器的作用：
清扫器是一种带式输送机的粘着物和块状较大物料的清理装置。清扫器主要作用是能减轻输送带的过度磨损，降低能耗。
1）保持皮带的干净，保证皮带在驱动滚筒上有足够的摩擦力，防止皮带打滑和皮带跑偏。 2）有效减少粘性、较大物料对皮带和托辊磨损，有效延长皮带、托辊的使用寿命。
3）保证皮带运行稳定，不上下左右跳动和撕裂皮带。
4）随着粘性物的减少，对承载托辊、托架、驱动滚筒、换向滚筒等起到有效保护，保证了正常运转，减少设备维修率。
3、目前国内外皮带机清扫器使用中普遍出现的问题：
1）思想上不重视
2）清扫器选型不合理
3）清扫器本身质量不高，结构不合理
4）安装不正确
5）使用过程中不重视维护
具体来说：
1）由于带速较高，磨损快，工人需频繁调整、更换，劳动强度大，如调整不及时清扫效果会更差。
2）由于橡胶自身物理特性所决定，运行带速应小于3米/秒，如果带速增加较大，摩擦温度升高，造成橡胶性能改变，极易造成橡胶碳化，形成硬颗粒，对皮带会造成严重损伤。
3）国产，自制金属清扫器由于结构和设计上的缺陷，运行过程中，不能有效保证刀头对皮带的法向正压力的均衡，造成清扫器达不到预期的效果，还有可能对皮带造成损伤，特别是接头部位的损伤。
4）由于没有良好的弹性缓冲装置设计，对带面有凸出物的通过性不佳，极易损伤皮带，严重的可造成皮带的撕裂。
5）国产聚氨酯清扫器，在常温下自身耐磨性不好，更换频繁。在低温下，更由于材料自身物理特性，材质会变硬，强度下降，低温运行寿命降低，重要是加大对皮带的磨损。
4、神华津煤皮带机清扫器采用H和P型组合，H型主要清除皮带作业面85%大的粘煤颗粒，P型主要用于清洁剩余皮带表面的粘煤及水分。但是，在实际运行过程中，皮带机清扫器存在如下问题：
1）公司原H型清扫器补偿单元中的连接手柄锈蚀严重，在弹簧作用力下无法实现刀片的实时补偿，与皮带面接触不理想。
2）原P型清扫器弹簧补偿单元锈蚀严重，起不到补偿功能。
3）清扫器清扫过程中由于刀片周围积煤严重，导致清扫效果大打折扣。
4）更换单片聚氨酯刀片，导致的整体清扫器清扫不均匀，也会影响清扫效果。
5）随着皮带的使用修补，皮带表面的补丁导致清扫器不能贴近皮带面，清扫效果大打折扣。
6）粘煤随着回程皮带洒落到驱动站附近，同时，其余粘煤进入到驱动站滚筒处，短时间内导致该处滚筒包胶表面产生积煤，造成滚筒包胶的严重磨损。公司开港以来由于粘煤磨损造成的驱动站附近的滚筒更换数量达121次，占滚筒更换总数的约85%。
7）清扫器清理效果不佳，粘煤就会直接洒落到头部滚筒与驱动站之间，同时，胶带工作面会带着粘煤进入到驱动站上改向滚筒处，很短时间内导致该处滚筒包胶表面产生积煤，造成滚筒包胶的严重磨损。冬季会出现结冰溜子现象，且回程面皮带煤饼撒漏严重。
五、神华津港新型清扫器的研究与应用
神华津港是神华和天津港两大集团为实现国家“北煤南移”总体战略规划而建造的专业化煤炭装卸码头，其作业方式主要是采用翻车机、堆、取料机、装船机及皮带输送机对煤炭进行装卸传送。整体码头共有36条皮带机，其中翻堆线24条，取装线12条。原有环保除尘设备有：清扫器，洒水除尘，皮带机导料槽，静电除尘器，其中每天皮带机头部配备清扫器，在多年的使用运行中，我们根据清扫器运行出现的问题逐渐总结经验，引进先进技术对现有清扫器进行了研究升级，并达到了既定的使用效果。
1、第一道清扫器前置P-PUR型清扫器，采用进口聚氨酯刀片，使用寿命大大提高。补偿单元采用弹簧直拉式结构简单，且手柄处配置尼龙套，避免生锈问题。P-PUR的优点：
1）可完成85%以上的主要清扫任务。
2）优质的PUR橡塑复合材料，具有很好的耐磨性。
3）PUR刮板设置在滚筒轴线以下，便于物料直接进入料斗排泄。
4）、高效的缓冲补偿机构，便于刮板磨损的补偿。
5）、便于现场维修更换。
2、第二道清扫器：HM-U1清扫器，采用新型合金刀片，该刀片带有防止积煤的导料胶帘，避免刀片周围的积煤。该装置的补偿单元利用橡胶弹性形变进行补偿，使用寿命长，补偿反应及时。HM-U1的优点：
1）新型可靠地补偿装置，抗输送带冲击震荡性能好，清洁效果好且不易伤带。
2）德国特制的高品质硬质合金刀片，具有超长的使用寿命。
3）调解机构方便调整刀片与皮带面的接触压力。
4）两侧的金属刀片向外呈下降圆弧形，有效防止刀片边缘损伤皮带表面。
5）光滑的PE刀片护板可以很好地防止物料堆积和结垢。
3、第三道清扫器：HM-U8型清扫器的结构独特，设计新颖，交叉排布的硬质合金刀片可以追求到完美的清扫效果，同时，刀片还可以绕着管轴线转动，可以随着聚氨酯底座一起实现动态摆动，从而保证合金刀片与皮带表面始终处于最佳接触状态，实现高效且不伤皮带的清扫效果，清扫效果极佳。硬质合金刀片通过螺杆式紧固装置进行调节。加强型紧固装置可应用于重载工况，满足不同皮带机工况清理皮带回程面的要求。HM-U8的优点：
1）通用型，适用于多种不同类型的物料；
2）分体式刀片的可上下摆动功能确保不伤皮带的清扫效果；
3）刀片（独立的弹性支撑）可精确调整所需接触压力；
4）可靠的缓冲弹性补偿装置，抗输送带冲击振荡性能好，确保清扫器刀片在运行中始终保持与输送带表面接触，保持压力，清扫效果极佳；
5）高品质硬质合金刀片确保理想的服务寿命；
6）简洁的结构设计，简便快捷的安装/刀片更换；
7）防锈的硬质合金刀片设计；
8）加强式设计适用于重载恶劣的工况；
9）适用于所有工业行业的散状物料的清扫；
10）现场安装调整便捷、维护、更换刮料板方便；
11）出色的性能比能有效降低成本；
HMU8清扫器，适用于多种不同类型物料，特别是针对恶劣工况、表面不平整的输送带的次级清扫{适用带宽：50Cl2200mm；适用于冷、热硫化接头、机械接头的输送带；适用带速：65m/s以内；适用工作温度： ˉ400C到+800C；可用于耐油、腐蚀等工况环境；为保证头部清扫器区域运行的稳定性，在头部滚筒处加设两组平托来减少皮带面的跳动，以提高清扫器的清洁效率。实现了皮带机回程面的三级清扫。
1、第一道P-PUR采用聚氯脂复合材料，利用模具一体加硫成形，刮刀面平整，直线度好，低摩擦、高耐磨、高强度，具有稳定的刮料效果。有效清除残留皮带上80%以上的细粒、湿粘物料。预压式调压器确保刮刀与皮带的稳定接触压力。
2、第二道HM-U1皮带清扫器，采用合金刀头，刮刀面平整成一平面，可有效清除残留皮带上之细粒，湿粘物料，缓冲座组合面积大，不断裂，不积料，可避免刮刀口崩裂损及皮带，也可用于逆向运转皮带。利用橡胶弹性形变进行补偿，可确保与皮带的良好接触和刮料效果。
3、第三道HM-U8清扫器，交叉排布的硬质合金刀片以及单体调整补偿单元可以有效将通过第一道清扫器和第二道清扫器的粘附在皮带回程面的细微颗粒进行清理，最终实现三道清扫器系统85%的清洁效率。
六、使用效果
1）有效提升了皮带机头部清扫效果，清洁效果提高了85%以上。
2）减少皮带机回程面粘煤的洒落，同时提高了皮带机沿线滚筒及托辊的使用寿命，为后续流程的环保工作提供了基础。
3）减少清扫人员的劳动强度，改善现场作业人员的劳动环境，减少职业病发生几率，具有广泛的社会效益和推广价值。
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