大功率大運(yùn)量長(zhǎng)運(yùn)距可伸縮帶式輸送研制

張磊

（兗礦集團(tuán)大陸機(jī)械有限公司，山東 濟(jì)寧 272109）

隨著采煤設(shè)備的不斷發(fā)展，超大采高工作面綜合機(jī)械化采煤工藝日趨完善。特別是綜采工作面在實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)后，工作面的生產(chǎn)能力大幅度提高。這就要求配套設(shè)備之一的可伸縮膠帶輸送機(jī)向大功率、大運(yùn)量、長(zhǎng)運(yùn)距、可靠性高的方向發(fā)展。作為國(guó)內(nèi)知名品牌皮帶機(jī)生產(chǎn)廠家的兗礦集團(tuán)大陸機(jī)械有限公司目前設(shè)計(jì)生產(chǎn)的最大可伸縮帶式輸送機(jī)帶寬為1.6m，運(yùn)量為3000t/h,無法很好地滿足國(guó)內(nèi)外特厚煤層大采高、高效工作面的輸送要求，與國(guó)際煤機(jī)制造公司生產(chǎn)超寬皮帶機(jī)還有一定的差距。迫切需要研制新型超寬帶式輸送機(jī)，經(jīng)過分析兗礦集團(tuán)和國(guó)內(nèi)主要煤礦企業(yè)的需求情況，結(jié)合兗礦集團(tuán)大陸機(jī)械有限公司的技術(shù)積累和現(xiàn)有設(shè)備情況，最終確定研制此型帶寬1.8m 可伸縮帶式輸送機(jī)。此型皮帶機(jī)填了補(bǔ)兗礦集團(tuán)大陸機(jī)械有限公司可伸縮帶式輸送機(jī)技術(shù)空白，有利于進(jìn)一步提高帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)、制造的現(xiàn)代化程度，適應(yīng)國(guó)內(nèi)煤礦綜采工作面生產(chǎn)的新工藝、新技術(shù)的要求，增強(qiáng)帶式輸送機(jī)對(duì)現(xiàn)代化、信息化、高產(chǎn)高效綜采工作面的適應(yīng)能力。

1 參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算

1.1 原始參數(shù)

輸送量（t/h）：4500輸送長(zhǎng)度（m）：5700膠帶速度（m/s）：4.5最大提升高度（m）：30

1.2 設(shè)計(jì)計(jì)算

根據(jù)目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)調(diào)研和現(xiàn)狀分析及綜采工作面配套設(shè)備的使用情況，通過計(jì)算確定可伸縮帶式輸送機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)。

1.2.1 由帶速、帶寬驗(yàn)算輸送能力

由公式Im=S×V×k×ρ（kg/s）

式中，S 為輸送帶上物料的最大橫截面積，m2；V 為帶速，m/s；K 為傾斜系數(shù)；ρ 為物料松散密度，kg/m2。按槽角30o，堆積角35o，ρ=900，k=1得最大輸送能力 Q=3.6Im=5120t/h

最大輸送量5150t/h ＞4500t/h 符合輸送能力的要求。

1.2.2 驅(qū)動(dòng)力及所需傳動(dòng)功率計(jì)算

上分支模擬摩擦系數(shù)：f=0.03

下分支模擬摩擦系數(shù)：f=0.028

傳動(dòng)滾筒摩擦系數(shù)：μ=0.30

傳動(dòng)滾筒上的圍包角：f=210°

每米物料重量：qG=Q/(3.6v)=140.85（kg/m）

每米膠帶重量：qB=25.44（kg/m）

上托輥每米長(zhǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分質(zhì)量：

qRO=n·q′RO/a0=14.7kg/m

下托輥每米長(zhǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分質(zhì)量：

圓周驅(qū)動(dòng)力Fμ

對(duì)于長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)，附加阻力明顯小于主要阻力，引入系數(shù)C，來考慮阻力。

傾斜阻力：Fst=qG·g·H= 81.67kN

圓周驅(qū)動(dòng)力：

1.2.3 電動(dòng)機(jī)功率

帶式輸送機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)傳動(dòng)滾筒所需運(yùn)行功率：

PA=Fu·v=3564kW

考慮到驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率、多機(jī)不平衡性、電壓降以及必要的備用系數(shù)，因此，取電機(jī)的許用裕度系數(shù)為1.1。

帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率：

PM=1.1PA/η1η2η3η4=4135kW ＜7×630kW

式中，η1 為減速器傳動(dòng)效率，取0.94；η2 為聯(lián)軸器傳動(dòng)效率，取0.98；η3 為電壓降系數(shù)，取0.90；η4 為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備配置不平衡系數(shù)，取0.95。

可伸縮輸送機(jī)電機(jī)功率7×630kW，電機(jī)裕度k=7×630÷4135=1.06。

1.2.4 計(jì)算結(jié)論

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，該輸送機(jī)帶寬1800mm，功率選用7×630kW，并最終確定該輸送機(jī)型號(hào)為DSJ180/450/4×630+3×630。

1.2.5 輸送機(jī)具體參數(shù)

輸送量（t/h）:4500

最大運(yùn)距（m）:5700

膠帶速度（m/s）:4.5

最大提升高度（m）:30

傳動(dòng)滾筒直徑（mm）:φ1250

改向滾筒直徑：

卸載滾筒（mm）:φ1255

儲(chǔ)帶滾筒（mm）:φ800 φ500托輥直徑（mm）:φ159

膠帶規(guī)格:PVG2500S×1800 阻燃膠帶

驅(qū)動(dòng)部:4×630 kW +3×630kW。APW 電液張緊絞車自動(dòng)張緊裝置：型號(hào):APW-75

額定拉力:200kN儲(chǔ)帶倉有效儲(chǔ)帶長(zhǎng)度（m）：180m 6 層機(jī)身可折疊長(zhǎng)度（m）：50m機(jī)身折疊方式：自動(dòng)折疊。

2 結(jié)構(gòu)組成及關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

此型大功率大運(yùn)量長(zhǎng)運(yùn)距可伸縮帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)，如圖1 所示，由卸載裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)裝置、儲(chǔ)帶裝置、張緊裝置、卷帶裝置、中間轉(zhuǎn)載部分、中間驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)身、自移機(jī)尾等部分組成。

圖1 整機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 高強(qiáng)度新型儲(chǔ)帶機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有儲(chǔ)帶機(jī)構(gòu)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重，拆除、安裝繁瑣，維護(hù)、維護(hù)強(qiáng)度大，儲(chǔ)帶量少、使用時(shí)易割傷皮帶等問題，不能很好地滿足大功率大運(yùn)量長(zhǎng)運(yùn)距的要求。為解決此問題新研制皮帶機(jī)裝備一個(gè)儲(chǔ)帶機(jī)構(gòu)來儲(chǔ)藏輸送帶，此儲(chǔ)帶倉結(jié)構(gòu)在保證設(shè)備滿足機(jī)尾的伸長(zhǎng)或縮短的同時(shí)，盡可能地降低機(jī)身機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度。

儲(chǔ)帶機(jī)構(gòu)（見圖2）由儲(chǔ)帶轉(zhuǎn)向架、儲(chǔ)帶倉架、游動(dòng)小車和托輥支撐小車裝置組成。儲(chǔ)帶轉(zhuǎn)向架布置在機(jī)頭傳動(dòng)裝置之后，由機(jī)架、三個(gè)φ800×2000mm 改向滾筒和三個(gè)φ500×2000mm 改向滾筒組成。游動(dòng)小車布置在儲(chǔ)帶倉架的軌道上，由機(jī)架、滑輪組、三個(gè)φ800×2000mm 改向滾筒和兩個(gè)φ500×1800mm 改向滾筒組成。由于要求儲(chǔ)存膠帶的長(zhǎng)度達(dá)210m，故儲(chǔ)存部分往返折疊6 層，改變折疊帶的長(zhǎng)度，以達(dá)到儲(chǔ)存或放出膠帶的目的，液壓張緊絞車的鋼絲繩通過滑輪組獲得張緊力，并通過張力傳感器顯示張力大小。

2.1.1 儲(chǔ)帶倉架

儲(chǔ)帶倉架采用框式結(jié)構(gòu)。儲(chǔ)帶倉架支腿高度可調(diào)，能適應(yīng)局部起伏不平的巷道地面。拆除門架及縱梁即為敞開式結(jié)構(gòu)，倉架底面距地面留有一定的高度，便于清理巷道地板的煤泥。每節(jié)儲(chǔ)帶倉中間段之間設(shè)有φ20 定位銷和限位板，找正容易，安裝方便，裝配精度高；儲(chǔ)帶倉的支腳設(shè)有多孔，通過調(diào)節(jié)螺孔位置，能夠適應(yīng)局部起伏不平的巷道地面，使軌道面保持在同一水平上。

圖2 儲(chǔ)帶機(jī)構(gòu)

2.1.2 儲(chǔ)帶轉(zhuǎn)向架

儲(chǔ)帶轉(zhuǎn)向架采用5 個(gè)滾筒的固定轉(zhuǎn)向架，其中改向滾筒架采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)；導(dǎo)向滾筒采用內(nèi)置軸承，為了便于調(diào)整跑偏采取可調(diào)整限位塊固定方式。

2.1.3 游動(dòng)小車

研發(fā)設(shè)計(jì)的游動(dòng)小車（見圖3），極易對(duì)中，而且不受因軌道不正帶來的橫向附加力，不易掉道；游動(dòng)小車與托輥小車的軌道面一側(cè)焊接了一根∠4 0×40 實(shí)心角鋼作為小車運(yùn)行軌道。小車同側(cè)的車輪也帶“V”形槽，這樣，游動(dòng)小車極易對(duì)中，而且不受因軌道不正帶來的橫向附加力。車輪上左右設(shè)有導(dǎo)輪，上下設(shè)有止爬輪，不易掉道。在游動(dòng)小車和儲(chǔ)帶轉(zhuǎn)向架滾筒軸開口處安裝有圓鋼結(jié)構(gòu)擋板，能夠有效地防止因膠帶跑偏導(dǎo)致開口棱刮傷膠帶。

圖3 游動(dòng)小車結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 高速托輥設(shè)計(jì)

托輥由超高分子管體、高分子軸承座、密封組件、軸承、軸、擋圈等幾部分組成。

托輥管體采用超高分子聚乙烯材料，超高分子聚乙烯是由乙烯、丁二烯的單體在催化劑的作用下聚合而成的平均分子量在250 萬～300 萬的熱塑性工程塑料，綜合性能優(yōu)越。軸承座采用ABS 材料，ABS 是由苯乙烯-丁二烯-丙烯腈為基的三元共聚體，具有良好的綜合性能，即高的沖擊韌性和良好的機(jī)械強(qiáng)度，優(yōu)良的耐熱、耐油和化學(xué)穩(wěn)定性，尺寸穩(wěn)定，易于成型和機(jī)械加工。

高速托輥采用軸向迷宮+徑向迷宮+腔室密封的復(fù)合密封形式。

圖4 高分子托輥密封機(jī)構(gòu)示意圖

首先采用長(zhǎng)通道軸向迷宮密封，密封通道的長(zhǎng)度較一般托輥密封長(zhǎng)2 倍以上。

其次設(shè)有徑向迷宮密封，阻止灰塵對(duì)軸承室的進(jìn)一步侵入。

第三采用A、B 兩個(gè)油池，油池中均注滿潤(rùn)滑脂，A 油池可對(duì)軸承提供充分的潤(rùn)滑脂，B 油池在A 油池與迷宮密封之間形成了一道密封，從而保證密封的可靠性。

在密封的外端設(shè)有煤泥清理和淋水排出結(jié)構(gòu)，煤泥清理扇葉可將散落在密封圈上的煤泥或灰塵刮下，淋水可沿著淋水排出通道弧線流出，從而防止煤泥和淋水聚集進(jìn)入密封腔室污染軸承。

2.3 減排水裝置的設(shè)計(jì)

通過對(duì)減排水裝置的研究，確定合理的布置結(jié)構(gòu)，既能在皮帶運(yùn)行中不撒煤，又可將煤泥水收集至下帶面，反運(yùn)至集泥坑內(nèi)沉淀后進(jìn)行泥、水分離。

減排水裝置用于可伸縮膠帶輸送機(jī)中間驅(qū)動(dòng)段后標(biāo)準(zhǔn)機(jī)身開始變坡處，以方便運(yùn)輸，保證物料在中間轉(zhuǎn)載前將物料中的水排出。為實(shí)現(xiàn)膠帶的逐步展開和成槽，在本裝置前后各設(shè)過渡托輥組。在物料進(jìn)入本裝置時(shí)，順煤流方向依次布置30°、20°、10°過渡托輥組各一組，將輸送帶由正常槽角逐步展平至水平，在輸送帶水平段將煤泥水排出；在物料出本裝置時(shí)，順煤流方向依次布置10°、20°、30°過渡托輥組各一組，將煤泥水排出后在本段再逐步形成正常槽角。減排水裝置共設(shè)置約120 米，上托輥組間距1000mm，分雙輥平行上托輥組和單輥平行上托輥組，按2：1 比例交替布置；支腿間距2000mm。減排水裝置兩側(cè)設(shè)置擋物料裝置，最高點(diǎn)距上帶面約600mm，上部設(shè)置可調(diào)式防溢裙板固定于鋼板上，水順輸送帶從兩側(cè)流出；在固定角鋼上（上輥下部）以鋼板將橡膠皮固定，以便于上部流出來的水通過橡膠皮落在回程（下）輸送帶帶面上，煤泥水順著回程輸送帶運(yùn)至減排水裝置尾部的煤泥水收集處。在煤泥水收集處將泥、水分離，然后通過斗提機(jī)將煤泥回收至輸送帶上帶面，廢水處理后回收利用。

3 結(jié)語

此型大功率大運(yùn)量長(zhǎng)運(yùn)距可伸縮帶式輸送機(jī)已完成工業(yè)性試驗(yàn)，性能穩(wěn)定，運(yùn)行良好。使用結(jié)果證明，此型可伸縮皮帶機(jī)的應(yīng)用可有效地提高兗礦集團(tuán)乃至我國(guó)在可伸縮膠帶輸送機(jī)設(shè)計(jì)、制造方面的水平，從而接近或達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。通過對(duì)機(jī)身優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)備整體自動(dòng)化水平、可靠性水平的大幅提高，跑偏現(xiàn)象等現(xiàn)象大幅減少，可有效地減少工人人工拆卸架桿、調(diào)整跑偏、煤泥清理、機(jī)尾自動(dòng)拉移及設(shè)備安裝、調(diào)試等作業(yè)環(huán)境的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件，具有較高的社會(huì)效益。

同時(shí)，此設(shè)備應(yīng)用可有效緩解用戶的生產(chǎn)壓力，穩(wěn)定商品煤產(chǎn)量。設(shè)備在設(shè)計(jì)上最大限度地保證設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化，以減少庫存、降低投入。同時(shí)，設(shè)備運(yùn)行可靠性的大幅提高，亦減少了人工成本，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。