淺談可伸縮帶式輸送機(jī)不同驅(qū)動(dòng)布置方式的張緊力

李偉鋼

(神東煤炭集團(tuán)皮帶機(jī)公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017209)

0 引言

可伸縮帶式輸送機(jī)主要用于煤礦綜采工作面回采及連續(xù)采煤機(jī)巷道掘進(jìn)時(shí)的煤炭運(yùn)輸，其實(shí)際安裝長(zhǎng)度適時(shí)的發(fā)生變化，配套張緊裝置分為變頻控制張緊或液壓張緊。綜采工作面配套的可伸縮帶式輸送機(jī)在礦井一線通常叫做順槽膠帶機(jī)，以神東煤炭中心區(qū)煤礦綜采工作面為例，多數(shù)可伸縮帶式輸送機(jī)安裝長(zhǎng)度為3 000 m，雙傳動(dòng)滾筒3臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，根據(jù)礦井規(guī)劃一次安裝全長(zhǎng)度，隨綜采工作面的開采輸送機(jī)的長(zhǎng)度呈縮減狀態(tài)，對(duì)功率的需求越來越小。而連采機(jī)后配套的可伸縮帶式輸送機(jī)則是隨著巷道掘進(jìn)安裝長(zhǎng)度呈遞增狀態(tài)，對(duì)功率的需求也越來越大。目前國(guó)內(nèi)綜采工作面配套的可伸縮帶式輸送機(jī)帶寬以1 200 mm、1 400 mm、1 600 mm為主，最大帶寬達(dá)到1 800 mm，單機(jī)運(yùn)輸距離6 000 m，功率3×1 600 kW，目前這種國(guó)內(nèi)單機(jī)功率最大，機(jī)頭集中驅(qū)動(dòng)的距離最長(zhǎng)的可伸縮帶式輸送機(jī)，已于2018年3月份配套神東上灣煤礦首套8．8 m大采高綜采工作面。連采機(jī)用可伸縮帶式輸送機(jī)以帶寬800 mm、1 000 mm為主，單機(jī)最大運(yùn)輸距離3 200 m，功率2×200 kW，此型號(hào)的可伸縮帶式輸送機(jī)為神東煤炭集團(tuán)各煤礦連采用可伸縮帶式輸送機(jī)的主力機(jī)型。隨著長(zhǎng)距離、高帶速、大運(yùn)量可伸縮帶式輸送機(jī)的不斷出現(xiàn)，多滾筒多電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的可伸縮帶式輸送機(jī)使用較為普遍，要實(shí)現(xiàn)可伸縮帶式輸送機(jī)的正常運(yùn)行，張緊力的正確設(shè)置尤為重要，文中對(duì)可伸縮帶式輸送機(jī)不同驅(qū)動(dòng)裝置分布形式張緊拉力的分析，利于進(jìn)行合理選擇，更好地使用可伸縮帶式輸送機(jī)。

1 輸送帶張力必須滿足的條件

帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行時(shí)輸送帶的張力均需滿足以下兩個(gè)條件:①在任何負(fù)載情況下，作用在輸送帶上的張力應(yīng)使得全部傳動(dòng)滾筒上的圓周力通過摩擦傳遞到輸送帶上，而輸送帶與滾筒間應(yīng)保證不打滑，即滿足不打滑要求;②作用在輸送帶上的張力應(yīng)足夠大，使輸送帶在兩組托輥間的垂度小于一定值，即滿足下垂度要求。

以上條件不僅適用于通用帶式輸送機(jī)，同樣適用于可伸縮帶式輸送機(jī)。而國(guó)內(nèi)現(xiàn)在尚無可伸縮帶式輸送機(jī)方面的相關(guān)國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，文中主要參考《DTII(A)帶式輸送機(jī)選型手冊(cè)(第2版)》。依據(jù)礦井的具體使用環(huán)境選擇合適的模擬摩擦系數(shù)，對(duì)于運(yùn)行條件較好的礦井，建議f值取0．022，條件較差的選取0．025～0．03。如果安裝精度高，托輥旋轉(zhuǎn)阻力小，礦井使用環(huán)境好，負(fù)載相對(duì)均勻f值可在0.017～0．02之間進(jìn)行選取，其它數(shù)據(jù)根據(jù)礦井現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行選取，也可以借助已有的計(jì)算軟件協(xié)助進(jìn)行計(jì)算，參考選型手冊(cè)可以方便計(jì)算出圓周驅(qū)動(dòng)力FU，對(duì)較好的傳動(dòng)滾筒與輸送帶之間的摩擦系數(shù)取0．35，傳動(dòng)滾筒包覆層及輸送機(jī)較新且煤泥少的摩擦系數(shù)可適當(dāng)選大，對(duì)傳動(dòng)滾筒包覆層磨損嚴(yán)重煤泥較大的則需要選擇較小的摩擦系數(shù)。在下面的計(jì)算中對(duì)輸送帶和傳動(dòng)滾筒包覆層摩擦系數(shù)取0．35，傳動(dòng)滾筒圍包角取210°，根據(jù)這兩個(gè)參數(shù)歐拉系數(shù)euФ可在選型手冊(cè)中查出為3．607，通過張力計(jì)算以圓周驅(qū)動(dòng)力FU=180 kN為例。其中帶寬B=1 400 mm，運(yùn)量 Q=2 500 t/h，帶速 v=4 m/s，運(yùn)輸距離L=3 000 m，上托輥間距a0=1．5 m，下托輥間距au=3 m，PVC1800S整芯阻燃輸送帶每米重量qB=32 kg/m，水平運(yùn)輸。

2 等功率分配法計(jì)算

等功率分配就是將總圓周驅(qū)動(dòng)力按驅(qū)動(dòng)裝置的數(shù)量進(jìn)行平均分配，以達(dá)到各個(gè)電動(dòng)機(jī)輸出功率相等，如圖1 所示。電機(jī)功率分配比有 1∶1、2∶1、2∶2。

圖1 圓周驅(qū)動(dòng)力示意圖

可得出:F2euФ－F2=F2(euФ－1)=FU

F2=FU/(euФ－1)，F(xiàn)2即為傳動(dòng)滾筒奔離點(diǎn)的張力。

2．1 單傳動(dòng)滾筒一臺(tái)或兩臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置

根據(jù)不打滑條件計(jì)算最小張緊力:

下垂度校核:

其中:a0—上托輥組間距，通常間距為1．5 m;qB—每米輸送帶的重量，取32 kg/m;qG—每米輸送物料的重量，取173．61 kg/m;按小時(shí)運(yùn)量2 500 t/h，帶速4 m/s，qB=Q/(3．6 V);Q—運(yùn)量;g—重力加速度，9．81 m/s2;h/a—兩托輥之間輸送帶允許的垂度，一般 h/a≤0．01。

其中:au—下托輥組間距，取3 m。

張緊力選取時(shí)在最小張緊力、下垂度校核中選取大者為傳動(dòng)滾筒奔離點(diǎn)的張緊力，故該機(jī)初選張緊力應(yīng)大于69．04 kN，正常運(yùn)行時(shí)張緊力歸整取75 kN即可。

2．2 雙傳動(dòng)滾筒1∶1兩臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置

兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置作用在主副傳動(dòng)滾筒上的牽引力是相同的，副傳動(dòng)滾筒分配牽引力為圓周驅(qū)動(dòng)力Fu的二分之一。根據(jù)不打滑條件計(jì)算副傳動(dòng)滾筒的最小張緊力。

上下分支下垂度最小張力與2．1節(jié)第一種情況相同不再另行計(jì)算，因上分支下垂度最大張力為37.82 kN，此膠帶機(jī)正常運(yùn)行時(shí)張緊力應(yīng)大于37.82 kN，歸整為45 kN即可。主副傳動(dòng)滾筒圓周驅(qū)動(dòng)力分配是相同的，所以兩個(gè)傳動(dòng)滾筒不打滑所需最小張緊力大小是一樣的，而主傳動(dòng)滾筒奔離點(diǎn)的拉力為二分之一圓周驅(qū)動(dòng)力達(dá)到90 kN，大于45 kN，滿足不打滑最小張力，不用另行考慮。

2．3 雙傳動(dòng)滾筒2∶1三臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置

雙傳動(dòng)滾筒3臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置按2∶1功率配比進(jìn)行分配，副傳動(dòng)滾筒分配的圓周驅(qū)動(dòng)力為整機(jī)圓周驅(qū)動(dòng)力的三分之一，根據(jù)不打滑條件計(jì)算副傳動(dòng)滾筒的最小張緊力。

上下分支下垂度校核與第一種情況相同不再贅述。此時(shí)膠帶機(jī)上分支下垂度校核所需最大張力為37．82 kN，大于副傳動(dòng)滾筒奔離點(diǎn)23．01 kN最小張力值，因膠帶機(jī)正常運(yùn)行需滿足兩個(gè)必備條件，缺一不可，設(shè)置副傳動(dòng)滾筒奔離點(diǎn)拉力值大于下垂度所需張力，取45 kN。這種布置方式時(shí)主傳動(dòng)滾筒奔離點(diǎn)的拉力為三分之一圓周驅(qū)動(dòng)力60 kN，大于設(shè)置值45 kN，滿足不打滑最小張力，不用另行計(jì)算。

2．4 雙傳動(dòng)滾筒2∶2四臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置

雙傳動(dòng)滾筒4臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置按2∶2的功率配比進(jìn)行分配，副傳動(dòng)滾筒分配的圓周驅(qū)動(dòng)力為二分之一最大圓周驅(qū)動(dòng)力，按不打滑條件計(jì)算，所得最小張力值與第二種情況相同，運(yùn)行張力為45 kN。此時(shí)主傳動(dòng)滾筒奔離點(diǎn)的拉力同為圓周驅(qū)動(dòng)力的一半90 kN，大于45 kN，滿足不打滑最小張力，不用另行計(jì)算。

2．5 雙傳動(dòng)滾筒1∶2三臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置

兩個(gè)傳動(dòng)滾筒3臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置按1∶2功率進(jìn)行分配，根據(jù)不打滑條件計(jì)算副傳動(dòng)滾筒的最小張緊力，副傳動(dòng)滾筒分配的圓周驅(qū)動(dòng)力為整機(jī)圓周驅(qū)動(dòng)力的2/3。

這種布置方式時(shí)副傳動(dòng)滾筒奔離點(diǎn)最小張力大于下垂度最小張力，取50 kN。此時(shí)主傳動(dòng)滾筒奔離點(diǎn)的拉力為三分之二圓周驅(qū)動(dòng)力為120 kN，大于50 kN，不用另行計(jì)算。表1為不同功率配比驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)比表。

表1 不同功率配比驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)比表

3 傳動(dòng)裝置受力分析

3．1 副傳動(dòng)滾筒的張力

通過前述計(jì)算，長(zhǎng)距離大功率單驅(qū)動(dòng)滾筒張緊力最大，一般不推薦，但對(duì)于較小的開采長(zhǎng)度工作面配套的可伸縮帶式輸送機(jī)，單臺(tái)電動(dòng)機(jī)功率可以滿足使用要求時(shí)可以另行考慮。相同圓周驅(qū)動(dòng)力雙滾筒傳動(dòng)，功率分配2∶1較為科學(xué)，計(jì)算出副傳動(dòng)滾筒張力最小，1∶1及2∶2時(shí)次之，1∶2時(shí)最大。按 1∶2的形式布置時(shí)副傳動(dòng)滾筒奔離點(diǎn)的最小張力是2∶1時(shí)的兩倍，這一情況在實(shí)際工作中得到了驗(yàn)證，相同開采條件相同設(shè)備因?yàn)轵?qū)動(dòng)裝置布置不同，副傳動(dòng)滾筒打滑導(dǎo)致輸送機(jī)無法正常運(yùn)行，解決辦法減少產(chǎn)量將3臺(tái)驅(qū)動(dòng)改成雙滾筒雙驅(qū)動(dòng)，或重新進(jìn)行設(shè)備安裝更改為2∶1的驅(qū)動(dòng)方式。

當(dāng)可伸縮膠帶機(jī)的運(yùn)量及托輥間距確定時(shí)，滿足下垂度的最小張力是一定的，不隨安裝長(zhǎng)度的變化而增加。對(duì)于長(zhǎng)距離的可伸縮帶式輸送機(jī)，圓周驅(qū)動(dòng)力增大，按不打滑條件計(jì)算的最小張力大于下垂度的最小張力，合理的驅(qū)動(dòng)布置方式可以減少部件的受力狀況。

綜采工作面配套帶工式輸送機(jī)隨著安裝長(zhǎng)度越來越短，當(dāng)驅(qū)動(dòng)裝置輸出功率小于安裝時(shí)輸出功率的三分之二時(shí)，可以拆除主傳動(dòng)滾筒的一臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置功率配比按1∶1運(yùn)行，這時(shí)副傳動(dòng)滾筒奔離點(diǎn)最小張力為23．01 kN，小于上分支下垂度最小張力37．82 kN，所以運(yùn)行張力不變?nèi)詾?5 kN。運(yùn)量不變時(shí)這一張力持續(xù)到工作面開采完畢。

3．2 減少設(shè)備啟動(dòng)時(shí)的張緊力

可伸縮帶式輸送機(jī)在使用的過程中，傳動(dòng)滾筒的包覆層和輸送帶膠面隨著過煤量的增加會(huì)有所磨損，菱形花紋或人字形花紋的溝槽深度減小，使傳動(dòng)滾筒與輸送帶之間的煤泥與水不能被正常排出而形成水膜，降低兩者之間摩擦系數(shù)，若出現(xiàn)這種情況根據(jù)上述計(jì)算方法所得的張力就無法滿足不打滑的條件，這時(shí)就需要對(duì)張緊力進(jìn)行重新計(jì)算，將包覆層與輸送帶之間的摩擦系數(shù)調(diào)整為0．3或更低，也可根據(jù)實(shí)際的使用情況進(jìn)行確定。如果煤泥較大時(shí)有可能影響這一牽引力的傳遞，為了避免這樣的情況，一是在設(shè)備入井前對(duì)傳動(dòng)滾筒包覆層進(jìn)行檢查，磨損嚴(yán)重則需要對(duì)包覆層進(jìn)行更換;二是為保證傳動(dòng)滾筒包覆層接觸面的輸送帶處于清潔狀態(tài)，即增加清除煤泥的清掃器和除水清掃器，具備條件的可以進(jìn)行噴水并使用毛刷清掃器清除，確保傳動(dòng)滾筒的牽引力可以通過輸送帶與包覆層之間的摩擦傳動(dòng)到傳送帶上，上面兩點(diǎn)則是為了合理地減少設(shè)備啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)的張緊力。

重錘張緊是最佳的張緊系統(tǒng)解決方案，因可伸縮帶式輸送機(jī)受煤礦井下條件的限制，通常選擇的配套張緊裝置為變頻張緊或液壓張緊裝置，輸送機(jī)通常在短短幾十秒內(nèi)就會(huì)從零速度加速到額定帶速，大多張緊裝置無法適時(shí)地跟隨，在此過程中通常會(huì)出現(xiàn)張力下降的情況，難以保持啟動(dòng)時(shí)設(shè)置張力，解決的辦法是將啟動(dòng)張力設(shè)置為運(yùn)行張力的1．2～1．5倍，以彌補(bǔ)啟動(dòng)時(shí)張力的快速下降。待帶速達(dá)到設(shè)定運(yùn)行速度時(shí)再將張力調(diào)整到運(yùn)行張力，這樣既可以避免整機(jī)部件長(zhǎng)時(shí)間承受較大截荷，也可以延長(zhǎng)輸送機(jī)帶扣的使用壽命。目前國(guó)內(nèi)張緊裝置配套廠家多為單一產(chǎn)品供應(yīng)商，對(duì)于可伸縮膠帶機(jī)系統(tǒng)了解不夠全面，使可伸縮帶式輸送機(jī)在使用過程中出現(xiàn)張力不足或過大的問題，且難以在較短時(shí)間內(nèi)解決，通過對(duì)可伸縮帶式輸送機(jī)不同驅(qū)動(dòng)裝置分布時(shí)張力的分析，改善這一狀況。

4 結(jié)論

(1)當(dāng)可伸縮膠帶機(jī)的運(yùn)量及托輥間距確定時(shí)，滿足下垂度的最小張力是一定的，不隨安裝長(zhǎng)度的變化而增加。合理的驅(qū)動(dòng)布置方式可以減少部件的受力狀況。當(dāng)驅(qū)動(dòng)裝置輸出功率小于安裝時(shí)輸出功率的三分之二時(shí)，可以拆除主傳動(dòng)滾筒的一臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置，功率配比按1∶1運(yùn)行。

(2)為了合理地減少設(shè)備啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)的張緊力，設(shè)備入井前對(duì)傳動(dòng)滾筒包覆層進(jìn)行檢查，磨損嚴(yán)重則需要對(duì)包覆層進(jìn)行更換;增加清除煤泥的清掃器和除水清掃器，確保傳動(dòng)滾筒的牽引力可以通過輸送帶與包覆層之間的摩擦傳動(dòng)到傳送帶上。

(3)可伸縮帶式輸送機(jī)在使用過程中出現(xiàn)張力不足或過大的問題，且難以在較短時(shí)間內(nèi)解決時(shí)，可通過對(duì)帶式輸送機(jī)不同驅(qū)動(dòng)裝置分布時(shí)張力的分析改善這一狀況。