露天煤礦帶式輸送機結(jié)構(gòu)布置及相關(guān)參數(shù)設(shè)計分析

顧 瀟

（昆明煤炭設(shè)計研究院，云南 昆明 650051）

0 引言

帶式輸送機是當(dāng)前運送裝載散裝貨物應(yīng)用最為廣泛的機械設(shè)備，具有運力大、效率高、靈活移動、綜合效益好等諸多優(yōu)點。露天煤礦應(yīng)用帶式輸送機可大大增加煤炭產(chǎn)量，而且簡化運輸流程，實現(xiàn)挖、運、裝流水線作業(yè)。隨著開挖和裝載設(shè)備的大型化，對帶式輸送機的要求也相應(yīng)提高，因此各種參數(shù)必須要合理匹配實際應(yīng)用場合。

1 工程概況

云南省先鋒露天煤礦為一座省屬國有重點露天礦，位于昆明市尋甸縣先鋒鎮(zhèn)境內(nèi)，煤礦開采境界東西長2.65km，南北寬1.95km，面積4.05km2；先鋒露天煤礦所在松樹地井田探明資源量22252.7萬t，擴建工程開采境界內(nèi)設(shè)計可采儲量為157.00Mt，平均剝采比2.97m3/t。

該露天煤礦擴建工程采煤開拓運輸系統(tǒng)為：采場煤通過自卸汽車，由南幫的移動出入溝運至東幫坑下棧橋，篩分后通過帶式輸送機運至地面生產(chǎn)系統(tǒng)儲煤倉。

2 帶式輸送機的結(jié)構(gòu)及布置方式分析

2.1 帶式輸送機主要結(jié)構(gòu)

1）輸送帶。輸送帶承載運輸褐煤，并且它們之間的摩擦力是運輸完成的動力，因此需要輸送帶具有滿足要求的強度、粗糙度。目前輸送帶材質(zhì)種類包含三類：整體芯、分層織物芯、鋼絲繩芯。由于煤礦對輸送帶強度要求高，因此多選擇鋼絲繩芯。受制于制造工藝，目前每段輸送帶長度一般控制在200m以下，每段之間通過機械或硫化方法連接[1]。

2）托輥與驅(qū)動裝置。托輥支撐皮帶平穩(wěn)運行，根據(jù)托輥用途不同可劃分為：承載托輥、回程托輥、緩沖托輥、調(diào)偏托輥四類。

驅(qū)動裝置根據(jù)位置不同可分為：頭部驅(qū)動、頭尾驅(qū)動、多點驅(qū)動三類（見圖1）。由于先鋒煤礦輸送距離較長，且承載重量較大，因此采用多點驅(qū)動方式，其中主驅(qū)動安裝在卸載端[2]。

圖1 帶式輸送機驅(qū)動位置

3）拉緊裝置。拉緊裝置是保證皮帶具有一定張力，可保證皮帶和滾動之間產(chǎn)生較大摩擦力。為了使拉緊力利用率最高，拉緊裝置一般設(shè)計在驅(qū)動滾筒松邊位置，可分為固定式和自動式，本項目設(shè)計采用自動式。

2.2 帶式輸送機布置原則

由于適用場合存在不同，帶式輸送機布置方式也需要靈活調(diào)整，其主要應(yīng)遵循以下幾個原則：

1）當(dāng)帶式輸送機經(jīng)過較大的凸、凹地段時，會容易出現(xiàn)跑偏、脫帶事故，此時要求輸送機盡可能呈直線布置[3]；

2）若輸送機采用雙滾筒驅(qū)動，應(yīng)避免輸送機呈“S”型布置，否則會降低皮帶壽命及摩擦力效率；

3）若采用多點驅(qū)動方式，應(yīng)根據(jù)“等驅(qū)動功率單元法”進行分配，滾筒上的圍包角也應(yīng)遵循“圓周力分配要求”，最有布置方案可根據(jù)現(xiàn)場試驗確定。

3 帶式輸送機重要參數(shù)設(shè)計分析

3.1 先鋒露天煤礦帶式輸送機主要技術(shù)參數(shù)

3.1.2 帶式輸送機主要技術(shù)參數(shù)

1）生產(chǎn)能力為1360t/h。

2）褐煤松散容重取0.75t/m3。

3）帶式輸送機計算按國際標(biāo)準(zhǔn)ISO5048執(zhí)行。

4

）褐煤動堆積角取20°。

5）帶式輸送機槽角取35°。

表1 先鋒露天煤礦帶式輸送機主要技術(shù)參數(shù)表

3.2 輸送機運送能力計算

帶式輸送機的運送能力Q可按照式（1）計算[4]，根據(jù)公式可知除了A以外，其他幾個參數(shù)是固定的，而影響A的因素包括：皮帶槽形、托輥傾角、皮帶寬度等。

式中：A為皮帶承載物料的橫斷面面積，m2；v為皮帶速度，m/s；ρ為物料密度，kg/m3；η 為傾斜輸送機折減系數(shù)（見表1）。

表1 傾斜角度和折減系數(shù)參考值

皮帶槽形分析。根據(jù)先鋒煤礦的實際應(yīng)用場景，在此主要針對以下三種類型皮帶槽形的物料橫斷面面積進行計算[5]。

1）雙托輥“V型槽”。雙托輥“V型槽”結(jié)構(gòu)示意圖見下圖2，物料橫斷面A由A1、A2兩部分構(gòu)成，計算公式見（2）。根據(jù)日常經(jīng)驗，β取值在15-30°，λ取值20-40°。

式中：b為皮帶有效長度，m；Β 為托輥傾斜角，°；Λ為物料安息角，°。

圖2 雙托輥“V型槽”

2）三托輥“梯形槽”。三托輥“梯形槽”其本質(zhì)是“V形槽”的改進，結(jié)構(gòu)圖見圖3。改變了托輥長度和節(jié)數(shù)，但大大增加了皮帶的耐久度，而且輸送能力顯著提高。物料橫斷面A由A1、A2兩部分構(gòu)成，計算公式見（3）[6]。

式中：b1為皮帶有效長度，m；a1為傾斜托輥長度，m。

圖3 三托輥“梯形槽”

3）深槽角“半圓形槽”。深槽角“半圓形槽”是結(jié)合了“梯形槽”和“V形槽”的優(yōu)點，具有更大的運輸能力，而且有效減少了物料的外溢，對陡坡、曲線等具有更好的適應(yīng)性。雖然單位長度成本較高，但是維護費用低，且拆卸容易。其物料橫斷面面積A計算見公式（4）。

式中：r為半圓的半徑，m。

圖4 深槽角“半圓形槽”

通過對比分析，能使物料橫斷面達到最大值的為三托輥“梯形槽”，但是會使大部分物料載荷集中在底部托輥上，而且對較差地段適應(yīng)性較差，物料有外溢問題。經(jīng)過綜合分析：深槽角“半圓形槽”在運量、皮帶壽命、整體穩(wěn)定性上均具有較大優(yōu)勢，因此先鋒煤礦設(shè)計采用該帶式輸送機。

3.3 帶式輸送機爬坡能力計算分析

帶式輸送機爬坡能力對于輸送機布置有著決定性影響，進而影響整體運煤效率和成本。要求盡可能適應(yīng)較大爬坡，而且物料不發(fā)生滑移和外溢問題。影響爬坡的參數(shù)包括：摩擦系數(shù)、皮帶速度、托輥間距等，主要可以通過減小托輥間距來人為增加帶式輸送機爬坡能力。

1）托輥轉(zhuǎn)速計算。理論上托輥轉(zhuǎn)速越快，輸送機的效率越高，但會造成物料與皮帶之間的靜摩擦力越容易轉(zhuǎn)化為動摩擦力，導(dǎo)致物料滑移，大大降低運輸效率。相關(guān)研究表明托輥的轉(zhuǎn)速應(yīng)小于600r/min。而在此可以通過經(jīng)驗公式（5）來確定托輥轉(zhuǎn)速n與其他參數(shù)之間的關(guān)系。最終確定本項目托輥轉(zhuǎn)速n=180-200r/min。

式中：v為帶式輸送機速度，m/min；D為托輥直徑，m。

2）托輥間距計算。托輥間距若過大，則會導(dǎo)致兩托輥間皮帶垂度過大，物料外溢概率增大，若間距過小，會導(dǎo)致制造和運行成本增加。因此在設(shè)計時，主要考慮輸送帶的垂直下降距離y滿足要求，計算公式見（6）。經(jīng)計算，本項目設(shè)計托輥間距為1.2m。

式中：S為托輥間距，m；Wb為單位長度輸送帶重量，kg/m；Wm為單位長度物料重量，kg/m；T為輸送帶張力，N。

4 結(jié) 語

綜上所述，通過計算分析深槽角“半圓形槽”帶式輸送機，其優(yōu)點在于對陡坡、曲線等地形要求的帶式輸送機的設(shè)計中具有更好的適應(yīng)性。雖然單位長度成本較高，但是維護費用低，且拆卸容易，運量完全滿足工況的要求，不易發(fā)生煤炭外溢等問題，使整個生產(chǎn)系統(tǒng)運行穩(wěn)定，設(shè)備日常維護費用較少，相信在以后的礦山帶式輸送機的整機設(shè)計中和已有生產(chǎn)工藝系統(tǒng)的升級改造中會取得很好的實際運用及經(jīng)濟效益。