煤礦帶式輸送機(jī)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

于濤，溫龍，張海燕

(山東科技大學(xué) 機(jī)械電子工程學(xué)院，山東 青島 266590)

煤礦帶式輸送機(jī)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

于濤，溫龍，張海燕

(山東科技大學(xué) 機(jī)械電子工程學(xué)院，山東 青島 266590)

針對DTII型帶式輸送機(jī)的選型標(biāo)準(zhǔn)，分析大傾角上運(yùn)帶式輸送機(jī)選擇部件的計(jì)算過程，對整個(gè)部件選型流程做出了詳細(xì)論述。結(jié)合并從查閱相關(guān)資料入手，對輸送機(jī)各個(gè)部件如皮帶、滾筒、電動(dòng)機(jī)等進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算與分析選擇，組合裝配成應(yīng)用于指定環(huán)境條件下的帶式輸送機(jī)。綜合考慮各種運(yùn)輸條件與工程要求整合出合理的選型方案，為大傾角長運(yùn)距皮帶機(jī)在井下工作提供理論支持，并為后續(xù)施工與控制設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

帶式輸送機(jī)；上運(yùn)；大傾角；運(yùn)輸條件

0 引言

帶式輸送機(jī)在煤礦中是一種常見實(shí)用的運(yùn)輸設(shè)備，其依靠著良好的穩(wěn)定性，高自動(dòng)化程度，較強(qiáng)的輸送能力等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于不同行業(yè)中。隨著在煤礦設(shè)備中機(jī)械程度的提高，帶式輸送機(jī)在采礦運(yùn)輸中應(yīng)用也逐漸增多，同時(shí)設(shè)備也要適應(yīng)更多不同環(huán)境條件與運(yùn)輸要求下的工作。輸送帶、托輥、滾筒、制動(dòng)器、張緊裝置、減速器、電動(dòng)機(jī)等是通用帶式輸送機(jī)的主要部件。根據(jù)特定的設(shè)計(jì)要求和問題，需要進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算選型，從而使輸送機(jī)高效穩(wěn)定的工作。

1 帶式輸送機(jī)的基本情況與參數(shù)

根據(jù)逐鹿煤礦原始資料及主要參數(shù)如表1所示。

表1 逐鹿礦大傾角上運(yùn)帶式輸送機(jī)原始資料

井下優(yōu)先選擇整機(jī)定型帶式輸送機(jī)，根據(jù)井下使用條件和上運(yùn)傾角，由于傾角是25°，在22°～28°之間，使用深槽托輥人字花紋輸送帶。機(jī)身為鋼架固定式。煤礦井下必須選擇阻燃輸送帶，選用橡膠貼面 。選用鋼絲繩帶參數(shù)如表2所示。

表2 所選輸送帶參數(shù)表

2 線路的初步設(shè)計(jì)

根據(jù)輸送機(jī)工作環(huán)境及工作參數(shù),確定輸送機(jī)布置形式如圖1所示，輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置如圖2所示。

圖1 輸送機(jī)布置圖

1—電動(dòng)機(jī)；2—柱銷聯(lián)軸器；3—液粘可控軟起動(dòng)裝置；4—制動(dòng)器；5—帶逆止器的減速器；6—傳動(dòng)滾筒；7—驅(qū)動(dòng)架圖2 驅(qū)動(dòng)裝置示意圖

3 帶式輸送機(jī)初步設(shè)計(jì)計(jì)算

1) 對于帶速與帶寬的選擇：滿足設(shè)計(jì)能力的帶寬B1

表3 物料斷面系數(shù)

表4 物料斷面系數(shù)

滿足塊度條件的帶寬B2對于未篩分過的物料：

B2≥2αmax+200=2×200+200=600mm

式中：αmax——物料平均塊度的長尺寸，mm。

綜合考慮Bmax={1000B1，B2}={576，600}=600mm

參考上式結(jié)果，考慮在大傾角運(yùn)輸距離遠(yuǎn)的情況下，為了避免皮帶的跑偏與撒料，故選取800mm的帶寬較為合適。

2) 滾筒作為帶式輸送機(jī)的重要組成部分，按照結(jié)構(gòu)與功能不同分為傳動(dòng)滾筒、改向滾筒等。其直徑應(yīng)根據(jù)輸送帶的帶芯層數(shù)來決定。傳動(dòng)滾筒直徑大小的關(guān)鍵在于限制輸送帶繞過傳動(dòng)滾筒所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力程度：

D0≥150d=150×6=900mm

基于上述設(shè)計(jì)，得到了CMV4000校正前后的圖像，如圖8，9所示。圖8（a）是校正前的圖像，有比較明顯的豎狀條紋，圖8（b）是校正后的圖像，豎狀條紋消失。圖8（c），（d）為校正前后圖像像元像素值的三維圖，從中可見，經(jīng)過校正之后，圖像像素值趨向均勻，豎狀條紋得到了較好的消除。圖8與圖9為CMV4000分別在暗場和亮場的校正結(jié)果，從中可見，本文的校正方法在亮場與暗場均具有較好的適應(yīng)性，能夠滿足實(shí)際應(yīng)用需要。

式中，D0——傳動(dòng)滾筒直徑；mmd——鋼絲繩直徑，mm。

考慮到花紋在繞過滾筒的變形量，取傳動(dòng)滾筒直徑取D1=1000mm，表面菱形包膠。為補(bǔ)償輸送帶因彎曲疲勞造成的破壞，滾筒的直徑取值應(yīng)該相應(yīng)增大。綜合其他因素考慮傳動(dòng)滾筒直徑選擇為1000mm。尾部改向滾筒直徑一般比傳動(dòng)滾筒直徑小一級(jí)，具體可?。篋1=0.8D0=800mm。

3) 電動(dòng)機(jī)數(shù)量與配比的選擇

輸送機(jī)的總牽引力：

F1=S12-S1+0.03×(S12+S1)=194301-78138+0.03×(194301+78138)=118163N

電動(dòng)機(jī)功率:

其中S1，S12為輸送帶帶首端與末端的摩擦力；K——電動(dòng)機(jī)功率備用系數(shù)，取K=1.2；η——傳動(dòng)系統(tǒng)的工作效率。

選擇電動(dòng)機(jī)功率與數(shù)量應(yīng)符合額定總功率Pe≥P；考慮到臺(tái)數(shù)和單電動(dòng)機(jī)功率符合各驅(qū)動(dòng)滾筒牽引力配比；盡可能用同一型號(hào)電動(dòng)機(jī)，以減少備用臺(tái)數(shù)；多滾筒驅(qū)動(dòng)牽引力的配比；

本機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)考慮采用雙滾筒驅(qū)動(dòng)，在確定名義配比時(shí)考慮如下因素：1) 各驅(qū)動(dòng)滾筒的摩擦驅(qū)動(dòng)能力；2) 電動(dòng)機(jī)功率與數(shù)量的分配；3) 配比是整數(shù)以便于分配電動(dòng)機(jī)，充分利用其摩擦驅(qū)動(dòng)能力；4) 輸送帶張力；

根據(jù)牽引力配比關(guān)系可確定電動(dòng)機(jī)數(shù)量為1臺(tái)，單臺(tái)功率為280kW。選擇Y355M-4三相異步電動(dòng)機(jī)。

表5 電動(dòng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

4) 減速器的選型

根據(jù)輸送帶速度、傳動(dòng)滾筒直徑以及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算出減速器的傳動(dòng)比為：

初選DCY450-25型減速器，其標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)比為16，名義中心距為450mm，輸入輸出1500/60，公稱輸入功率650kW。

5) 拉緊裝置的選擇

對于拉緊力的計(jì)算拉緊裝置設(shè)于設(shè)備中段改向滾筒處，拉緊力為此滾筒上的兩段輸送帶即圖示第六段與第七段摩擦力之和，故拉緊力大小為：

PH=S6+S7=81548+84810=166358N

參考輸送機(jī)布置圖，拉緊裝置位置在中間改向滾筒處，計(jì)算拉緊行程的公式如下：

ΔL=KL+(1～2)B=0.002×755+(1～2)×0.8=3.11m

式中：ΔL——拉緊行程，m；L——輸送帶長度；B——帶寬，m；K——伸長系數(shù)，鋼芯帶取0.002。

本機(jī)具有輸送距離長，輸送角度大，礦井下工作并且屬于上運(yùn)機(jī)，考慮安全性等各方面問題，選用液壓自動(dòng)拉緊裝置，主參數(shù)為：型號(hào)YZL2-80/15，拉緊力為166358N，拉緊行程為4m。

4 設(shè)計(jì)總結(jié)

經(jīng)過計(jì)算與選型最終選取以下材料及參數(shù)：輸送帶型號(hào)ST2000，帶寬800mm，線質(zhì)量25.44kg/m2，靜力安全系數(shù)為9.8；驅(qū)動(dòng)滾動(dòng)直徑為1000mm，拉緊滾筒與其他改向滾筒直徑為800mm；選用電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YBM355-4(280 kW)，功率配比為1∶1；軟啟動(dòng)裝置型號(hào)為YNRQD250/1500一臺(tái)；減速器型號(hào)為DCY-450，傳動(dòng)比為25；制動(dòng)系統(tǒng)型號(hào)為YWZ5-500，制出力矩2000～3600kN·m；液壓拉緊裝置YZL2-80/15，拉緊力166358N，拉緊行程為4m。

通過對帶式輸送機(jī)原始數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合所給出的特定環(huán)境，確定出輸送機(jī)的布置與驅(qū)動(dòng)形式，從而確定后面選型計(jì)算的思路與形式。詳細(xì)計(jì)算對其機(jī)械設(shè)備與部件的選擇作出了參考，同時(shí)根據(jù)計(jì)算初步得到的設(shè)計(jì)結(jié)果可以為后續(xù)的施工與控制部分的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

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Analysis and Design of Belt Conveyer System in Zhulu Coal Mine

YU Tao,WEN Long,ZHANG Hai-yan

(College of Mechanical and Electronic Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266590, China)

According to the criteria for selection of DTII belt conveyer,this paper analyses the calculating process of the belt conveyor of long-distance and big inclination and discusses the selection process of pars in detail.By consulting the relevant data,the design parameters of the each part of the conveyor is calculated and selected.Ultimately these parts are assembled on the belt conveyer according to given working environment.Taking every transport requirements and engineering applications into consideration,it offers its selection scheme and the theory support of its work procedure.It also lays the foundation of latter construction and control design.

belt conveyor;upward transport;big inclination;transportation conditions

于濤(1972-)，男，山東泰安人，副教授，博士，主要從事工程機(jī)械的設(shè)計(jì)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的研究。

TH12;TP273

B

1671-5276(2014)02-0051-02

2013-03-07