煤礦井下膠帶輸送機(jī)傳動(dòng)滾筒優(yōu)化探究

劉利云

（山西焦煤集團(tuán)霍州煤電鑫鉅煤機(jī)裝備制造有限責(zé)任公司研究所， 山西 霍州 031400）

引言

膠帶輸送機(jī)是煤礦井下主要運(yùn)煤設(shè)備之一，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行平穩(wěn)、管理維護(hù)方便等優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間、大荷載、不間斷運(yùn)輸。而傳動(dòng)滾筒作為電力拖動(dòng)、摩擦傳動(dòng)的第一傳輸單元，其結(jié)構(gòu)和型式優(yōu)化對(duì)系統(tǒng)性能和后期維護(hù)極其重要。

1 傳動(dòng)滾筒結(jié)構(gòu)

膠帶輸送機(jī)的傳動(dòng)滾筒部分結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 傳動(dòng)滾筒結(jié)構(gòu)示意圖

由上圖可知，傳動(dòng)滾筒主要是通過(guò)軸、筒體和加強(qiáng)環(huán)來(lái)傳遞動(dòng)力的。就目前而言，根據(jù)井下膠帶輸送機(jī)膠帶長(zhǎng)度、荷載重量及滾筒功率的大小來(lái)確定滾筒數(shù)量。其中單滾筒膠帶輸送機(jī)目前應(yīng)用最為廣泛，以某礦為例，其主要技術(shù)參數(shù)如下：物料粒度為0～300mm，物料散狀密度 γ=0.9 t/m3，水平機(jī)長(zhǎng)Lh=163.600 m，提升高度H=76.288 m，膠帶寬度B=800mm，膠帶速度V=2.5 m/s，運(yùn)輸能力Q=290 t/h，傾斜角度α＝25°，受料點(diǎn)只尾部一個(gè)。

2 項(xiàng)目分析

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)膠帶輸送機(jī)的工況條件和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，影響傳動(dòng)滾筒功效和壽命的主要因素包括膠帶傾角、膠帶寬度、圓周力和軸功率等。

2.1 膠帶傾角

礦用膠帶輸送機(jī)傳動(dòng)滾筒允許的最大傾角與物料、堆積密度關(guān)系如表1所示：

由表1可得，井下順槽巷道膠帶輸送機(jī)滾筒設(shè)計(jì)為20°～22°左右，盤(pán)區(qū)大巷輸送機(jī)滾筒設(shè)計(jì)為15°～16°左右，地面上倉(cāng)皮帶機(jī)洗煤廠等區(qū)域的角度應(yīng)控制在18°左右。

表1 帶式輸送機(jī)最大輸送角度

2.2 膠帶寬度

膠帶的寬度取決于物料的粒度、性質(zhì)、運(yùn)量和帶速。根據(jù)傳動(dòng)滾筒功率和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸能力需求，初選帶寬，采用60°深槽角的槽形幅板組，并對(duì)其運(yùn)輸能力進(jìn)行校核。運(yùn)輸能力計(jì)算公式如下：

式中：Im為輸送機(jī)運(yùn)輸能力，t/h；S為膠帶輸送機(jī)上方物料的最大橫截面積，m2；v為帶速，2.5 m/s；k為傾斜輸送機(jī)面積折減系數(shù)；γ為物料松散密度，900 kg/m3。

參考MT/T467—1996《煤礦用帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算》[1]，如表2所示，可知當(dāng)帶式書(shū)動(dòng)機(jī)最大傾角為22°時(shí)，對(duì)應(yīng)膠帶面積折減系數(shù)k=0.76。

傳動(dòng)滾筒對(duì)應(yīng)幅板的安裝設(shè)計(jì)如圖2所示。

表2 傳動(dòng)滾筒對(duì)應(yīng)膠帶面積折減系數(shù)k

圖2 傳動(dòng)滾筒對(duì)應(yīng)幅板安裝示意圖

其槽形截面（最大裝料斷面）的面積S（即S1、S2、S3三面積之和）按MT/T467—1996《煤礦用帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算》[1]計(jì)算。

當(dāng)帶寬為b=0.8 m，L1=0.25 m，θ=22°時(shí)，代入上式，可得：S=158563.27mm2≈0.15856 m2

根據(jù)公式（1），代入數(shù)據(jù)計(jì)算得:Im=1284.37 kg/s≈356.77 t/h。

參考MT/T467—1996《煤礦用帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算》，要求傾角22°時(shí)帶式輸送機(jī)每小時(shí)輸送能力不得低于 290 t/h，356.77 t/h＞290 t/h，

因而帶寬取800mm可滿(mǎn)足運(yùn)輸能力需求。

3 滾筒設(shè)計(jì)

根據(jù)以上工況因素分析可知，在荷載一定的情況下，傳動(dòng)滾筒的使用效率與膠帶傾角、膠帶寬度、圓周力和軸功率存在一定關(guān)系。而實(shí)際使用中傳動(dòng)滾筒出現(xiàn)物理?yè)p壞，主要還是軸與筒體、接盤(pán)等區(qū)域發(fā)生形變，因此要提高滾筒的輪轂強(qiáng)度和傳遞力矩，必須選擇最佳的滾筒直徑。

3.1 傳動(dòng)滾筒直徑

參考MT/T467—1996《煤礦用帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算》，傳動(dòng)滾筒直徑公式為：

式中：C0為確定最小滾筒直徑的計(jì)算系數(shù)，δ為滾筒帶芯厚度。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)C0取150，δ取0.0035 m 時(shí)，D=0.525 m[2]。

對(duì)輸送帶受壓表面的面比壓力進(jìn)行校核，即：

式中：Sy為傳動(dòng)滾筒的緊邊輸送帶張力，N；t為鋼絲繩芯輸送帶的鋼絲繩間距，mm；B為初選帶寬，mm；[p]為受壓表面的許用面比壓，一般取[p]=106N/mm2；d為滾筒鋼絲繩直徑，mm。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，當(dāng)Sy=S1=62178 N，t=10mm，初選帶寬B=800mm時(shí)，參考MT/T 467—1996可知d取3.5mm，則代入數(shù)據(jù)計(jì)算得D≥448mm。

因此，按滾筒直徑系列應(yīng)選用傳動(dòng)滾筒的最小直徑525mm，但考慮到為主井皮帶機(jī)，結(jié)合目前市場(chǎng)選型，確定滾筒直徑為800mm。

3.2 傳動(dòng)滾筒靜載計(jì)算

根據(jù)公式，傳動(dòng)滾筒承載分支幅板所受靜載荷為：

式中：e為輥?zhàn)虞d荷系數(shù)，取0.7；ltz為上幅板間距，取1.2 m；q為輸送物料單位長(zhǎng)度的質(zhì)量，取32.22 kg/m；q0為輸送帶單位長(zhǎng)度的質(zhì)量，取16.4 kg/m。將數(shù)值代入公式計(jì)算得P0=457.4 N。

經(jīng)查，上幅板直徑為Φ119mm，幅板長(zhǎng)l=315mm，軸承為4G205，承載能力為2370 N，因而上幅板能滿(mǎn)足靜載荷要求；

回程分支幅板（平幅板）所受靜載荷計(jì)算公式為：

式中：e為輥?zhàn)虞d荷系數(shù)，取1，ltk為下幅板間距，取3m。將數(shù)值代入公式計(jì)算得P0=482.2 N。

經(jīng)查，下幅板直徑為Φ119mm，幅板長(zhǎng)l=950mm，軸承為4G205，承載能力為1530 N，因而下幅板能滿(mǎn)足靜載荷要求。

3.3 動(dòng)載計(jì)算

根據(jù)公式，承載分支幅板所受動(dòng)載荷為：

式中：fs為運(yùn)行系數(shù)；fd為沖擊系數(shù)；fa為工況系數(shù)。

根據(jù)下頁(yè)表3其中fs可取1.2，下頁(yè)表4fd可取1.32，下頁(yè)表 5fa可取 1.0[3]：

則P0'=P0×fs×fd×fa=572.4×1.2×1.32×1.0=906.7 N＜2370 N。

回程分支滾筒所受動(dòng)載荷Pu'=Pu×fs×fa=482.2×1.2×1.0=578.64 N＜1530 N。

承載分支、回程分支的動(dòng)載荷均能滿(mǎn)足要求。

綜合以上計(jì)算結(jié)果表明：按滾筒直徑系列傳動(dòng)滾筒直徑選為800mm時(shí)傳動(dòng)效率最佳；當(dāng)上幅板直徑為Φ119mm，幅板長(zhǎng)l=315mm時(shí)，傳動(dòng)滾筒承載能力為2370 N；當(dāng)下幅板直徑不變，幅板長(zhǎng)l=950mm時(shí)，傳動(dòng)滾筒的承載能力為1530 N；回程分支滾筒所受動(dòng)載荷為578.64 N。

表3 運(yùn)行系數(shù)fs

表4 工況系數(shù)fa

表5 沖擊系數(shù)fd

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)傳動(dòng)滾筒受力影響因素分析，對(duì)優(yōu)化調(diào)整直徑后幅板靜載、動(dòng)載荷計(jì)算可知，優(yōu)化直徑和幅板間距，能夠很大程度減少了幅板的軸向受力，避免在長(zhǎng)時(shí)間交變應(yīng)力下滾筒造成的不必要損耗。此方法可對(duì)大傾角膠帶的傳動(dòng)滾筒、改向滾筒和脹緊滾筒進(jìn)行全面改善，進(jìn)一步明確傳動(dòng)滾筒直徑、接盤(pán)支點(diǎn)和幅板厚度的最佳工況參數(shù)，為滾筒面應(yīng)力分布和變形偏移分析提供數(shù)據(jù)參考。