主斜井帶式輸送機選型設(shè)計*

邱毅清，武建新，陳 強，張 涵

(內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 機械學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

0 引 言

現(xiàn)如今因為帶式輸送機具備長距離持續(xù)運輸、運作可靠且容易實現(xiàn)自動化等優(yōu)良特點，如今在各行各業(yè)都被極其普遍的運用，特別是在礦山等資源開采產(chǎn)業(yè)中。最近幾年，各式各樣的煤礦也越來越多，使得長距離、高速度的帶式輸送機變成了地面和井下原煤的機電一體化技術(shù)與裝備主要設(shè)備。而且“運煤膠帶化”已成為大多數(shù)煤礦的主要發(fā)展方向，使得帶式輸送機技術(shù)應(yīng)用得到了進一步的推廣與發(fā)展。

為了實現(xiàn)大型帶式輸送機的高性能、高可靠性，設(shè)計者和制造商需要解決帶式輸送機發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)其中主要包括：動態(tài)分析技術(shù)、可控啟動技術(shù)、下運制動技術(shù)、自動張緊裝置、中間驅(qū)動技術(shù)、高速托輥技術(shù)、電控與監(jiān)測自動化技術(shù)以及CST的國產(chǎn)化技術(shù)。

1 主斜井帶式輸送機的設(shè)計方案

1.1 原始數(shù)據(jù)及工作條件

煤礦主斜井帶式輸送機原始參數(shù)如表1所示。

表1 帶式輸送機原始參數(shù)

1.2 驅(qū)動方式的確定

變頻技術(shù)具備良好的軟啟動和調(diào)速性能且最終能實現(xiàn)節(jié)能的目的。其優(yōu)點在于能讓啟動加速度保持在允許范圍內(nèi)，同時將啟動電流與張力維持在可靠的范圍內(nèi)還能減小輸送帶初張力，并且保證輸送帶不打滑。

所以本次設(shè)計采用高壓變頻軟啟動方式。

1.3 帶強的確定

在運送距離，運輸數(shù)量等一定的條件下，帶強的大小還與帶寬、帶速、摩擦因數(shù)和輸送安全系數(shù)等有關(guān)[1]。

1.3.1帶寬和帶速的確定

根據(jù)已知的生產(chǎn)能力，帶寬初定為800 mm、1 000 mm、1 200 mm、1 400 mm。而對于帶速來說，在運輸過程中，物料易滾動或者塊度較大以及對周邊環(huán)境具有較高的要求，所以宜選用較低的帶速。計算結(jié)果如表2所示。

表2 帶速v、帶寬B與輸送能力Q的關(guān)系

表2為帶速v、帶寬B與輸送能力Q的關(guān)系。根據(jù)表2的數(shù)據(jù)可知，在帶速一定的條件下，隨著帶寬的增加，輸送能力也就隨之增大；在帶寬不變的條件下，隨著帶速的增加，輸送能力逐漸變大。在考慮成本的前提下我們選擇帶寬是1 200 mm，帶速是3.15 m/s的輸送機。

1.3.2模擬摩擦因數(shù)的選取

輸送機主要阻力包含承載分支的物料、輸送帶移動以及所有托輥旋轉(zhuǎn)所出現(xiàn)的阻力總和，而模擬摩擦因數(shù)也屬于其范疇。模擬摩擦因數(shù)的選取如表3所示。

表3 模擬摩擦因數(shù)

考慮帶運輸距離為1 000 m，所以盡量選取質(zhì)量較小，阻力較小的托輥，因為模擬摩擦因數(shù)取0.022[2]。

1.3.3輸送帶安全系數(shù)的確定

根據(jù)G B50431-2008規(guī)定，鋼絲繩芯輸送帶的安全系數(shù)在7～9范圍之間。但結(jié)合實際情況來看，選取安全系數(shù)不小于6的輸送帶是最為理想的。

2 帶式輸送機主要部件的選用

2.1 鋼絲繩芯輸送帶的選取

鋼絲繩芯輸送帶是由許多柔軟的細(xì)鋼絲繩相隔一定的間距排列，用和鋼絲繩有良好粘合性的膠料粘合而成。它既是承載機構(gòu)，又是牽引機構(gòu)；其長度一般為機身的2倍以上，且成本較高。

本次設(shè)計的鋼絲繩芯輸送帶采用硫化連接法，其特點是拉伸強度大、抗沖擊性好、使用壽命長、需要的拉緊裝置行程小、成槽性好、耐曲撓性好；不僅可以滿足煤礦的生產(chǎn)要求，而且硫化連接可以有效的滿足輸送帶在井下的阻燃標(biāo)準(zhǔn)。

在選型計算中已經(jīng)求得鋼絲繩芯輸送帶的縱向拉伸強度:

根據(jù)《煤礦提升運輸與供電》可選取強度為ST4000的鋼絲繩芯輸送帶[4]。

2.2 驅(qū)動裝置的選取

驅(qū)動裝置是帶式輸送機的動力來源，其作用主要是將電動機的動力通過聯(lián)軸器、減速器等傳遞給主動滾筒，使之轉(zhuǎn)動，并借助滾筒與輸送帶之間的摩擦力，使輸送帶隨之運動。

為了保證大型帶式輸送機有充足的啟動、制動時間，使加、減速度維持在可控的范圍內(nèi)，有效降低張力，可以選擇使用可控驅(qū)動裝置。本設(shè)計選擇CST可控驅(qū)動，既能實現(xiàn)輸送機軟起動，又能有效的平衡電動機的功率。

本次設(shè)計由于功率較大，驅(qū)動裝置的布置形式是在平行出軸減速器驅(qū)動裝置的基礎(chǔ)上進行自行設(shè)計，如圖1所示。

圖1 驅(qū)動裝置布置方式 1.傳動滾筒 2.聯(lián)軸器 3.減速器 4.制動器 5.液力 耦合器 6.電動機 7.逆止器

2.3 滾筒組

滾筒是帶式輸送機的重要部件，按作用來分，滾筒可以簡單的分為傳動滾筒、電動滾筒和改向滾筒三種。對于本次的大型帶式輸送機的設(shè)計，其中包含傳動滾筒和改向滾筒。

其結(jié)構(gòu)示意如圖2。

圖2 傳動滾筒結(jié)構(gòu)示意圖

2.4 托輥組

托輥的主要用于支承輸送帶，減小其在機架上的運行阻力，并且令輸送帶的垂度維持在一定范圍內(nèi)，保證輸送帶能夠平穩(wěn)的運行。托輥的工作狀態(tài)的好壞直接影響到了輸送機的運行效率，且數(shù)量較多，其價值占據(jù)整機的20%左右。

由于所選用的鋼絲繩芯輸送帶帶寬B=1 200 mm，在《礦山固定設(shè)備選型手冊》下冊中表5-2-37可以選擇[3]。

2.5 拉緊裝置

輸送帶具備足夠的拉緊力是輸送機能夠安全運轉(zhuǎn)的重要前提，而對于遠(yuǎn)距離、高張力的輸送機我們盡量要做到在任何的工作條件下都能存在相匹配的拉緊力以滿足運行條件，來提高輸送帶的壽命。

根據(jù)選型設(shè)計計算得到的參數(shù)在《礦山固定設(shè)備選型手冊》下冊中表5-2-37可以選擇CHD-Ⅱ-3/5/P/B。

2.6 保護裝置

帶式輸送機的保護裝置有防跑偏保護裝置、防滑保護裝置、防撕裂保護裝置以及逆止保護裝置等。

由選型設(shè)計計算得到作用在逆止裝置上的力矩為5 kN·m，在《礦山固定設(shè)備選型手冊》下冊中表5-2-88中可以選擇NF型非接觸式逆止器NF63，額定逆止力矩6.3 kN·m，最大質(zhì)量62 kg。

2.7 清掃裝置

清掃裝置主要是對輸送帶表面的一些物質(zhì)如煤粉等進行仔細(xì)的清掃，防止一些物質(zhì)黏結(jié)在滾筒表面，引起輸送帶磨損、跑偏、電動機功率不平衡等。清掃裝置主要包含頭部清掃器和回空段清掃器兩部分，分別用于清掃輸送帶的工作面和非工作面。清掃器的選擇主要取決于帶寬，根據(jù)帶寬B=1 200 mm，在

《礦山固定設(shè)備選型手冊》下冊中表5-2-82中可以選擇圖號為120E11的頭部清掃器，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 頭部清掃器結(jié)構(gòu)示意圖

與頭部清掃器相同，根據(jù)帶B=1 200 mm，在《礦山固定設(shè)備選型手冊》下冊中表5-83中可以選擇圖號為120E21的回程分支清掃器。

3 帶式輸送機電氣控制系統(tǒng)

帶式輸送機既可作水平方向的運輸，又可作斜井提升。它具有安裝容量大、運輸距離長、維修方便，使用壽命長、控制系統(tǒng)簡單、運行安全程度高、可連續(xù)運輸?shù)葍?yōu)點。因此，帶式輸送機成為了大型礦井中的十分重要的一種運輸方式。

帶式輸送機電力拖動的主要方式有：交流電動機單機拖動、雙電機拖動，直流電動機雙機拖動等。交流拖動方式不易調(diào)速，很難完成大功率的提升運輸；直流他勵電動機拖動方式調(diào)速性能好、啟動平滑、控制方便，可采用電氣差動調(diào)節(jié)張力，易于實現(xiàn)自動控制，故多用于大功率提升運輸。

4 結(jié) 語

在大型礦井中的帶式輸送機設(shè)計具有長距離、大運量、連續(xù)運輸，并且運行可靠，易于實現(xiàn)自動化、集中化控制的高可靠性的特點?，F(xiàn)如今帶式輸送機是煤礦理想的高效連接運輸設(shè)備，隨著我國煤炭工業(yè)的快速發(fā)展，礦井運輸量日益增加，帶式輸送機的要求會越來越多。希望本設(shè)計可以以后的帶式輸送機的選型設(shè)計提供參考。

[1] 趙慶龍.國內(nèi)大型主斜井帶式輸送機的應(yīng)用[J].煤礦機電，2012(2):28-30.

[2] 任金萍.巴其北三號礦井主斜井帶式輸送機主要技術(shù)參數(shù)的確定[J].煤炭工程，2012(S2)：46-47.

[3] 于勵民，仵自連.礦山固定設(shè)備選型使用手冊(下冊)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1989.

[4] 馬維緒.煤礦提升運輸與供電(上冊)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2009.