大傾角上運(yùn)帶式輸送機(jī)及其關(guān)鍵技術(shù)

郭正達(dá)

（山西孝義 西山德順煤業(yè)公司，山西 孝義 032300）

目前大傾角上運(yùn)帶式輸送機(jī)有：國(guó)外主要采用壓帶式、隔板式、管狀式輸送機(jī)[1-3]，它對(duì)輸送帶和清掃器的性能要求較高，生產(chǎn)和維修周期也長(zhǎng)；國(guó)內(nèi)主要采用深槽角式輸送機(jī)，它對(duì)輸送帶和清掃器要求不高?，F(xiàn)時(shí)存在的主要問(wèn)題是：采用電軟啟動(dòng)和調(diào)速型液力偶合器軟啟動(dòng)、拉緊采用重錘和絞車(chē)，很難實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)響應(yīng)和控制。針對(duì)以上問(wèn)題，我們研發(fā)了變頻調(diào)速裝置軟啟動(dòng)和自動(dòng)液壓拉緊[7]技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了皮帶機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和控制。

1 大傾角上運(yùn)帶式輸送機(jī)的技術(shù)參數(shù)

根據(jù)山西孝義德順東冀上倉(cāng)的實(shí)際情況，主要技術(shù)參數(shù)如下：運(yùn)輸物料，原煤；物料最大粒度300mm；輸送量Q=900 t/h；輸送帶運(yùn)行速度：v=2.5 m/s；傾角β=0～25°；輸送帶帶寬B=1 200 m；輸送斜長(zhǎng)L=550 m；提升高度H=120 m；供電電壓660/1 140 V、127 V；輸送帶ST/S1600。

2 大傾角上運(yùn)帶式輸送機(jī)的方案確定

針對(duì)東冀上倉(cāng)輸送機(jī)的實(shí)際情況，按經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠原則，經(jīng)多種方案分析后確定圖1方案。整機(jī)布置采用機(jī)頭獨(dú)立卸載+機(jī)頭雙滾筒、雙驅(qū)動(dòng)+尾部拉緊的形式；為防止?jié)L料采用25～60°深槽形托輥組，并在適當(dāng)位置安裝擋煤裝置，防止大煤塊下滾。帶式輸送機(jī)的輔助部分：集控和保護(hù)、軟啟動(dòng)裝置。

3 大傾角上運(yùn)帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)選型

3.1 設(shè)計(jì)計(jì)算

圖1 帶式輸送機(jī)整機(jī)布置方案

依據(jù)MT467-1996[4]，選取帶式輸送機(jī)的最?lèi)毫庸r(滿載運(yùn)行工況)計(jì)算。輸送帶運(yùn)行的總阻力應(yīng)與傳動(dòng)滾筒的圓周力相等。圓周力F=FH+FN+Fst+Fs=164553N。其中：FH為主要阻力；FN為附加阻力；Fst為傾斜阻力；Fs為特種阻力。逐點(diǎn)張力計(jì)算見(jiàn)圖2。

圖2 輸送帶纏繞簡(jiǎn)圖

功率配比1：1；摩擦系數(shù)μ=0.3；傳動(dòng)滾筒圍包角ω＝200；動(dòng)載荷系數(shù)Ka＝1.4；最小張力出現(xiàn)位置判斷：機(jī)頭第二驅(qū)動(dòng)后 (S2min)。各特征點(diǎn)張力：S2=62 275 N；S3=62 275 N；S4=64 766 N；S5=35 420 N；S6=36 837 N；S7=223189 N；S8=232 117 N；S9=232 117 N；S10=241 402 N；S1=62285N。

打滑驗(yàn)算：經(jīng)驗(yàn)算S2滿足傳動(dòng)滾筒傳遞圓周力所需的最小張力，保證輸送帶不打滑。校核：經(jīng)校核該機(jī)的帶速、帶寬、帶強(qiáng)、運(yùn)量，均滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 選型計(jì)算

1）傳動(dòng)滾筒的選型計(jì)算。按彎曲應(yīng)力計(jì)算傳動(dòng)滾筒直徑D=700 mm；按面比壓計(jì)算傳動(dòng)滾筒直徑D=805 mm；據(jù)此，選取傳動(dòng)滾筒直徑D=1000mm。傳動(dòng)滾筒扭矩：61700N/m；傳動(dòng)滾筒最大合力：412517N。

2）驅(qū)動(dòng)裝置的選型計(jì)算。

電動(dòng)機(jī)的選型計(jì)算：傳動(dòng)滾筒軸功率P1＝10-3FV＝412 kW；電動(dòng)機(jī)功率P=KdP/=609 kW；選用2×315 kW，轉(zhuǎn)速1480r/min，電動(dòng)機(jī)型號(hào)YBBP-355L2-4。

減速器的選型計(jì)算：減速器速比i=78.5×D÷V＝31.4；取減速器速比i=31.5，減速器型號(hào)M3PSF80+2FAN。

聯(lián)軸器的選型計(jì)算：高速聯(lián)軸器公稱(chēng)扭矩Tg≥9 550×P÷1 480×2＝4 065 N，型號(hào)6100T10；低速聯(lián)軸器公稱(chēng)扭矩 Td≥9 550×P÷1 480×i×1.6＝102 443 N，型號(hào)6180T10。

3）制動(dòng)器和逆止器的選型計(jì)算。制動(dòng)力FBA≥1.5(FSTmax-FHmin)=201491N；制動(dòng)器型號(hào)KPZ-1200/89。

逆止力矩ML=FBA×D÷2＝105 000 Nm；逆止器型號(hào)DSN090。

4）拉緊裝置的選型計(jì)算。拉緊力Fsp=S5+S6=72257N；拉緊行程L=4.9 m；自動(dòng)液壓拉緊裝置型號(hào)ZYJ-320/11.5D。

4 關(guān)鍵技術(shù)

1）防止物料滾動(dòng)的措施。目前大傾角帶式輸送機(jī)有四種：①壓帶式輸送機(jī)（圖3）的原理是利用氣囊充氣帶動(dòng)壓輥對(duì)覆蓋帶形成壓力，增加物料的受力和受力面積，達(dá)到防止物料滾動(dòng)的目的，其結(jié)構(gòu)成本高，對(duì)物料平均粒度要求嚴(yán)。②管狀式輸送機(jī)（圖4）的原理是利用正多邊形托輥組，使輸送帶形成封閉的圓管狀，達(dá)到輸送物料目的，制造維護(hù)簡(jiǎn)單，但輸送帶的成本高。③隔板式輸送機(jī)（圖5）的原理是利用隔板形成封閉的小煤倉(cāng)，防止物料滾動(dòng)、提高起動(dòng)加速度；由于輸送帶上有格板，需特制的回空托輥，使得輸送帶結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造維護(hù)的成本高。④深槽角式輸送機(jī)（圖6）的原理是利用深槽形成的托輥經(jīng)輸送帶對(duì)物料產(chǎn)生夾持力，達(dá)到輸送物料目的，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用維護(hù)方便。經(jīng)分析對(duì)比，煤礦井下采用深槽角式輸送機(jī)優(yōu)點(diǎn)較多，可用普通膠帶實(shí)現(xiàn)大傾角運(yùn)輸，并能滿足中間多點(diǎn)裝卸要求，傳動(dòng)、清掃、防跑偏較簡(jiǎn)單，制造方便、維護(hù)簡(jiǎn)單，成本也低。

圖3 壓帶式輸送機(jī)

圖4 管狀式輸送機(jī)

圖5 隔板式輸送機(jī)

圖6 深槽角式輸送機(jī)

圖7 跨步式頭部漏斗結(jié)構(gòu)

2）變頻調(diào)速裝置[5]的主要特點(diǎn)：優(yōu)越的軟起動(dòng)、軟停止特性；平穩(wěn)的重載起動(dòng)；電機(jī)的功率平衡；其它優(yōu)越的性能和保護(hù)功能。例如：①變頻器自身具備的過(guò)流、過(guò)載、過(guò)壓、欠壓、短路、過(guò)熱等保護(hù)；并有故障記憶功能，能保留最近10次故障的功能號(hào)碼和最后一次故障的參數(shù)；因其有平滑的起動(dòng)性能，可取消系統(tǒng)中的液力偶合器，采用電機(jī)與減速器直接聯(lián)接。②可運(yùn)行在低速驗(yàn)帶檢修狀態(tài)下。③平滑的啟動(dòng)性能大大降低了啟動(dòng)沖擊對(duì)膠帶運(yùn)輸機(jī)械系統(tǒng)的影響，延長(zhǎng)了膠帶卡、托輥、滾筒的使用壽命，減少了維護(hù)工時(shí)的投入；膠帶可降低一個(gè)強(qiáng)度標(biāo)號(hào)等級(jí)，并且最大限度地避免斷帶事故的發(fā)生。④啟動(dòng)電流小。⑤具有遠(yuǎn)方操作及多機(jī)同步啟動(dòng)功能。

3）自動(dòng)液壓拉緊裝置[6]的主要特點(diǎn)：①拉緊力調(diào)節(jié)范圍寬。②高速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。③保護(hù)功能齊備。④實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。⑤節(jié)能、降耗。⑥結(jié)構(gòu)緊湊、安裝空間小。

4）帶式輸送機(jī)物料的裝卸[7]。東冀上倉(cāng)帶式輸送機(jī)采用尾部多點(diǎn)裝料和頭部卸料的方式，因其頭部空間和卸料的特殊要求，頭部漏斗設(shè)計(jì)是本次研發(fā)設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)。見(jiàn)圖7，漏斗的中間有一個(gè)翻板，可通過(guò)拉桿拉轉(zhuǎn)翻板來(lái)關(guān)閉其中一個(gè)溜槽，通常情況下原煤主要通過(guò)跨步溜槽進(jìn)入主井煤倉(cāng)，當(dāng)主井煤倉(cāng)滿后，拉轉(zhuǎn)翻板關(guān)閉跨步溜槽同時(shí)打開(kāi)直通溜槽，使煤流入可逆配倉(cāng)帶式輸送機(jī)。

5 結(jié)束語(yǔ)

大傾角上運(yùn)帶式輸送機(jī)研制成功后，曾在山西孝義西山德順煤業(yè)公司進(jìn)行了井下試驗(yàn)，證實(shí)了該設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、使用效果良好。

[1]北京起重機(jī)械研究所.DTⅡ型固定帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)選用手冊(cè)[M].北京:治金工業(yè)出版社，1995.

[2]宋偉剛.通用帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

[3]宋偉剛.特種帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

[4]中華人民共和國(guó)煤炭部.中華人民共和國(guó)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).MT/T467-1996煤礦用帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算[S].北京：煤炭工業(yè)出版社，2010.

[5]中華人民共和國(guó)煤炭部.中華人民共和國(guó)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).MT/T1099-2009礦用變頻調(diào)速裝置[S].北京：煤炭工業(yè)出版社，2010.

[6]程俊萍.自動(dòng)液壓拉緊裝置的研究開(kāi)發(fā)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2011(5)：90-92.

[7]北京起重機(jī)械運(yùn)輸研究所,武漢豐凡科技開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司.DTⅡ(A)型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:治金工業(yè)出版社,2003.