3×33運(yùn)輸巷皮帶設(shè)備選型及驗(yàn)算

姚福海

摘 要：根據(jù)3×33皮帶巷輸送長(zhǎng)度、巷道傾角、輸送高度、輸送量、原煤安息角以及帶速的要求對(duì)3×33皮帶巷所有的皮帶設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)算，使得所選用的設(shè)備符合煤礦安全規(guī)程的要求，并且經(jīng)濟(jì)合理。

關(guān)鍵詞：鋼絲繩芯帶式輸送機(jī) 運(yùn)輸能力 驗(yàn)算

中圖分類號(hào)：TQ520.61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）02（c）-0022-03

3×33皮帶下山擔(dān)負(fù)三水平下山采區(qū)主要運(yùn)輸任務(wù)，在皮帶下山中設(shè)計(jì)一條鋼絲繩芯帶式輸送機(jī)，運(yùn)輸能力1 200 t/h。采區(qū)煤炭通過皮帶下山運(yùn)到上部采區(qū)煤倉，裝入底卸式礦車后運(yùn)到三水平卸載煤倉，再通過3～2水平皮帶運(yùn)到二水平儲(chǔ)煤倉，由混合井提至地面。

1 主要技術(shù)參數(shù)

（1）原煤安息角：ρ=20°；容重：γ=0.9 t/m3；最大粒度：Xmax=0.35 m；2、輸送量：Q=1 200 t/h；（3）輸送長(zhǎng)度：L=631 m，其中平段L1=260 m，斜段L2=371 m；（4）輸送高度：H=105 m；（5）輸送傾角：β1=0°，β2=15°50′（上運(yùn)）；（6）工作環(huán)境與裝載點(diǎn)：煤礦井下運(yùn)輸，輸送機(jī)成槽角λ=35°，工作條件一般，機(jī)尾裝載，機(jī)頭卸載。

2 主要設(shè)備選型驗(yàn)算

（1）帶速：初選V=3.15 m/s；（2）帶寬：初選B=1.2 m；①按輸送量計(jì)算B=[Q/（ρKVCm）]0.5=[1 200/（0.9×409×3.15×0.88）]0.5=1.08 m，式中K為裝料斷面系數(shù)，取409；Cm為傾斜系數(shù)，取0.88。②按輸送物料塊度驗(yàn)算帶寬，B≥2Xmax+0.2=2×0.35+0.2=0.9 m，故選擇帶寬B=1.2 m，符合要求。（3）輸送帶：預(yù)選阻燃鋼絲繩芯輸送帶ST2000，單位長(zhǎng)度質(zhì)量qo=44 kg/m，額定拉斷力Sn=2 000 N/mm×1 200 mm=2 400 kN，鋼絲繩直徑δ=6 mm，間距t=12 mm；（4）托輥：選用托輥直徑ф=133 mm，4G306軸承。承載分支三托輥組成，托輥組轉(zhuǎn)動(dòng)部分質(zhì)量Gts=8.13×3=24.39 kg，托輥組間距Lts=1.2 m；回空分支平形托輥，托輥轉(zhuǎn)動(dòng)部分質(zhì)量Gtk=18.35 kg，托輥間距Ltk=3 m。按下式求得承載、回空托輥組轉(zhuǎn)動(dòng)部分單位長(zhǎng)度質(zhì)量qt。qt=qtk+qts，qtk=Gtk/Ltk、qts=Gts/Lts，qtk=18.35/3=6.12 kg/m，qts=24.39/1.2=20.325 kg/m，qt=qtk+qts=6.12+20.325=26.445 kg/m。

（5）傳動(dòng)滾筒圓周力和軸功率計(jì)算。

①圓周力計(jì)算。承載分支空載主要阻力Fsh=CNfg [L1（qts+qdcosβ1）+L2（qts+qdcosβ2）]=1.17×0.03×9.81×[260×（20.325+44×cos0°）+371×（20.325+44×cos15°50′）]=13763N，式中CN為附加阻力系數(shù)，1.17；f為運(yùn)行阻力系數(shù)，0.03?；乜辗种е饕枇Γ篎kh=CNfg[L1（qtk+qdcosβ1）+L2（qtk+qdcosβ2）]=1.17×0.03×9.81×[260×（6.12+44×cos0°）+371×（6.12+44×cos15°50′）]=10 677 N，輸送物料單位長(zhǎng)度的質(zhì)量：q=Q/3.6V=1200/（3.6×3.15）=105.82 kg/m，物料主要阻力：Fwh=CNfgq（L1cosβ1+L2cosβ2）=1.17×0.03×9.81×105.82×（260×cos0°+371×cos15°50′）=22 479 N，主要阻力：FH=Fsh+Fkh+Fwh=13 763+10 677+22 479=46 919 N，物料傾斜阻力：Fwst=qHg=105.82×105×9.81=109 000 N，輸送帶傾斜阻力：Fost=qdHg=44×105×9.81=45 322 N，物料與導(dǎo)料槽之間的摩擦阻力：Fg=μ2Iv2γlg/V2b12=0.7×0.372×900×4.5×9.81/（3.152×0.732）=720 N，式中l(wèi)為導(dǎo)料槽攔板長(zhǎng)度，4.5m；b1為料槽兩攔板長(zhǎng)度，0.73m；μ2為物料與導(dǎo)料攔板的摩擦系數(shù)，0.7；Iv為輸送能力，1 200/（3.6×900）=0.37m3。頭部清掃器摩擦阻力，F(xiàn)r1=N3Apμ3=1×0.012×100 000×0.7=840 N，空段清掃器摩擦阻力，F(xiàn)r2=N3Apμ3=1×0.018×100 000×0.7=1 260 N，式中N3為清掃器個(gè)數(shù)，1個(gè)頭部，1個(gè)空段；A為清掃器和輸送帶接觸面積，頭部：0.012，空段：0.018；P為清掃器和輸送帶間的壓力，100 000 N/㎡；μ3為清掃器和輸送帶間的摩擦系數(shù)，0.7。F=FH+Fwst+Fg+Fr1+Fr2=46 919+109 000+720+840+1260=158 739 N。②軸功率P，P=FV/1 000=158 739×3.15/1 000=500 kW，③電動(dòng)機(jī)功率的確定，傳動(dòng)裝置由電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、XCQ行星軟啟動(dòng)傳動(dòng)裝置等組成，采用雙滾筒三電機(jī)的傳動(dòng)方式。每臺(tái)電動(dòng)機(jī)功率，Pd=KdP/（ηζdζn）=1.15×500/（0.90×0.98×0.95×3）=229 kW，式中Kd為功率備用系數(shù)，1.15；η為傳動(dòng)裝置的效率，0.98×0.94×0.98=0.90；ζd為多機(jī)功率不平衡系數(shù)，0.98；ζ為電壓降系數(shù)，0.95；n為傳動(dòng)裝置數(shù)目，3。按兩個(gè)滾筒的功率配比2：1選擇，電動(dòng)機(jī)實(shí)選功率為250kW。

（6）輸送帶張力計(jì)算。

帶式輸送機(jī)系統(tǒng)如圖1所示。

①按傳動(dòng)條件，傳動(dòng)滾筒采用包膠滾筒，使FⅡ=FⅠ/2=

F/3=158 739/3=52 913 N，摩擦系數(shù)μ=0.25，動(dòng)載荷系數(shù)Ka=1.2。對(duì)傳動(dòng)滾筒Ⅱ，選取圍包角θⅡ=210°，傳動(dòng)系數(shù)CⅡ=0.667，S3min≥CⅡ·Ka·FⅡ=0.667×1.2×52913=42 352 N，對(duì)傳動(dòng)滾筒Ⅰ，選取圍包角θⅠ=210°，傳動(dòng)系數(shù)CⅠ=0.667，S2min≥CⅠ·Ka·FⅠ=0.667×1.2×52 913×2=84 703N，S3min≥S2min-FⅡ=84 703-52 913=31 790N，比較上述計(jì)算結(jié)果，按傳動(dòng)條件應(yīng)滿足S3min≥42 352 N，②按垂度條件，承載分支，S6min≥100（q+qd）g·lts/8=100×（105.82+44）×9.81×1.2/8=22 046 N回空分支S5min≥100qd·g·ltk/8=100×44×9.81×3/8=16187N，按垂度條件應(yīng)滿足S5min=S6min≥22 046 N。③張力比較，回空分支區(qū)段上各項(xiàng)阻力總和F3=FKH-FoST+Fr2=10 677-45 322+1 260=

-33 385 N，S3min=S5min-F3=22 046+33 385=55 431 N，比較上述最小張力計(jì)算結(jié)果，最小張力應(yīng)由垂度條件來確定，選取S3=55 431 N。④輸送帶張力逐點(diǎn)計(jì)算Smax=S1=S3+F=55 431+158 739=214 170 N，S3=55 431 N，S4=S5=22 046 N。⑤輸送帶強(qiáng)度校核。許用安全系數(shù)[m]=m0·Ka·Cw/η0=3×1.8×1.2/0.9=7.2，式中m0為基本安全系數(shù)，3；Cw為附加彎曲伸長(zhǎng)折算系數(shù)，1.8；η0為皮帶接頭效率，0.9。計(jì)算實(shí)際安全系數(shù)。m=Sn/Smax=2 400 000/214 170=11.2，輸送帶強(qiáng)度符合要求。圍包角校核。傳動(dòng)滾筒I圍包角許用值：eμα=2.50，e1=S1/（S1-FI）=214 170/（214 170-105 826）=1.98符合要求，傳動(dòng)滾筒II圍包角許用值：eμα=2.50，e2=（S1-FI）/S3=（214 170-105 826）/55431=1.95符合要求。

（7）滾筒直徑的確定。

①傳動(dòng)滾筒直徑D≥C0·δ=150×6=900 mm，式中 C0為為確定最小滾筒直徑的計(jì)算系數(shù)，150，D≥（2S1-FI）t/B[p']d=（2×214 170-105 826）×12/（1 200×1.2×6）=448mm。式中[P']為鋼絲繩芯輸送帶鋼絲繩下的許用比壓，1.2 MPa

選傳動(dòng)滾筒直徑D=1.0 m。

②機(jī)頭卸載滾筒，圍包角α=180°，輸送帶張力利用率，φ=[m]·S1/Sn=7.2×214 170/2 400 000=0.64，選滾筒直徑D=1.0 m。

③傳動(dòng)改向滾筒I，圍包角α=180°，輸送帶張力利用率，φ=[m]·S1/Sn=7.2×214 170/2 400 000=0.64，選滾筒直徑D=1.0 m。

④傳動(dòng)改向滾筒Ⅱ，圍包角α=180°，輸送帶張力利用率，φ=[m]·S3/Sn=7.2×55 431/2 400 000=0.17，與傳動(dòng)改向滾筒I一致，選滾筒直徑D=1.0 m。

⑤機(jī)尾拉緊改向滾筒，圍包角α=180°，輸送帶張力利用率，φ=[m]·S4/Sn=7.2×22 046/2 400 000=0.066，選滾筒直徑D=0.63 m。

（8）部件選擇。

①電動(dòng)機(jī)。

型號(hào)：YB400M1-4，功率250 kW，電壓6 000 V，轉(zhuǎn)速1488 r/min，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量9.5kg·m2。

②XCQ行星軟啟動(dòng)傳動(dòng)裝置。

減速比i=π·D·nd/60V=3.14×1.04×1488/（60×3.15）=25.7取i=25。扭矩T=FⅠ/2·D/2=105826/2×1.04/2=27 515 N·m選擇XCQ行星軟啟動(dòng)傳動(dòng)裝置，型號(hào)XCQ-63/25，速比i=25，力矩T=63 000 N·m，輸入功率P=355 kW。

③高速端聯(lián)軸器。

Tg=9 550 K·Pw/nd=9 550×1.7×250/1488= 2 728 N·m。式中K為工況系數(shù)1.7。選擇聯(lián)軸器，型號(hào)：ZL6型彈性柱銷齒式聯(lián)軸器，公稱扭矩TN=6 300 N.m，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jo=0.188 kg·m2，輸入端軸徑90 mm，軸孔長(zhǎng)172 mm，輸出端軸徑90 mm，軸孔長(zhǎng)172 mm。

④低速端聯(lián)軸器。

Td=9550K·Pw·i/nd=9550×1.7×250×25/1488=68191N·m。選擇聯(lián)軸器，型號(hào)：ZL13型彈性柱銷齒式聯(lián)軸器，公稱扭矩TN=100 000 N.m，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JL=18.798 ㎏·m2，輸入端軸徑215 mm，軸孔長(zhǎng)352 mm，輸出端軸徑200 mm，軸孔長(zhǎng)282 mm。

⑤逆止器。

逆止器安裝在傳動(dòng)滾筒的改向滾筒軸端。FHmin=FH×0.012/0.03=46919×0.012/0.03=18 768 N，逆止力，F(xiàn)BN=Fwst-FHmin=109 000-18 768=90 232 N，逆止力矩TL=FBN·D/2=90 232×1.04/2=46 921 N·m，逆止器所需逆止力矩，T=2TL=2×46 921=93 842 N·m，選擇逆止器，型號(hào)：NJ125000/260型接觸式逆止器，逆止力矩125 000 N·m。

⑥制動(dòng)器。

制動(dòng)器安裝在傳動(dòng)滾筒的改向滾筒軸端。制動(dòng)力矩：Mz=TL=46 921 N·m。選擇KPZ-II-1 200/103自冷盤式制動(dòng)裝置，制動(dòng)力矩103 kNm。

⑦滾筒。

第一，傳動(dòng)滾筒Ⅰ。傳遞的扭矩T=FⅠ/2·D/2=105826/2×1.04/2=27515N·m所受合力F=2S1-FⅠ=2×214170-105826=322514N。選擇滾筒，型號(hào)：D5A4Z622S，滾筒直徑φ=1.0m，許用合力[F]=495 kN，額定扭矩[T]=2×58.6kNm，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=225.54 kg·m2。

第一，傳動(dòng)滾筒Ⅱ。傳遞的扭矩T=FⅡ·D/2=52 913×1.04/2=27 515 N·m所受合力F=2S3+FⅡ=2×55 431+52 913=163 775 N。選擇滾筒，型號(hào)：D5A4Z622D，滾筒直徑φ=1.0 m，許用合力[F]=495 kN，額定扭矩[T]=64 kNm，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=224.95 kg·m2。

第三，傳動(dòng)改向滾筒Ⅰ。

選擇傳動(dòng)滾筒作改向滾筒用，一端安裝逆止器，另一端安裝制動(dòng)器。受到的扭矩T=46 921 N·m。所受合力F=2S1=2×214 170=428 340 N。選擇滾筒，型號(hào)：D5A4Z622S，滾筒直徑φ=1.0 m，許用合力[F]=495 kN，額定扭矩[T]=2×58.6 kNm，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=225.54 kg·m2。

第四，傳動(dòng)改向滾筒Ⅱ。傳動(dòng)改向滾筒Ⅱ與傳動(dòng)改向滾筒Ⅰ相同。受到的扭矩T=46 921 N·m。所受合力F=2S3=2×55 431=110 862 N。選擇滾筒，型號(hào)：D5A4Z622S，滾筒直徑φ=1.0 m，許用合力[F]=495 kN，額定扭矩[T]=2×58.6 kNm，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=225.54kg·m2。

第五，機(jī)頭卸載滾筒。所受合力F=2S1=2× 214 170=428 340 N。選擇滾筒，型號(hào)：D5B2Z622，滾筒直徑φ=1.0 m，許用合力[F]=495 kN，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=225.78 kg·m2。

第六，機(jī)尾改向滾筒。所受合力F=2S4=2× 22 046=44 092 N。選擇滾筒，型號(hào)：D5B2Z412，滾筒直徑φ=0.63 m，許用合力[F]=130 kN，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=36.46 kg·m2。

第七，機(jī)尾拉緊裝置。拉緊力：T=2S4=2×22 046= 44 092 N。拉緊行程：lSp≥L（ε0+ε1）+lN=631×（0.002 5+0.001）+3=5.2 m。式中ε0為輸送帶彈性伸長(zhǎng)和永久伸長(zhǎng)綜合系數(shù)，0.002 5，ε1為托輥組間的輸送帶屈撓率，0.001。lN為輸送帶安裝附加行程，3 m。選擇拉緊裝置，型號(hào)ZY-400型自控液壓拉緊裝置（最大拉力60 kN，最大行程6 m，電源電壓660 V，第一種安裝方式）。

3 選型驗(yàn)算結(jié)論

通過以上選型計(jì)算，所選用的皮帶設(shè)備均符合《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》和《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定。

參考文獻(xiàn)

[1] 開灤能源化工股份有限公司范各莊礦業(yè)分公司礦井三水平下山采區(qū)設(shè)計(jì)說明書[Z].

[2] 煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2008.

[3] 煤礦安全規(guī)程[S].2016.