大傾角下帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)

尚曉磊

（山西晉煤集團(tuán)坪上煤業(yè)，山西晉城 048000）

0 引言

與傳統(tǒng)運(yùn)輸機(jī)相比，大傾角下帶式輸送機(jī)的應(yīng)用可以縮短巷道開(kāi)拓周期，減少基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本，促使各個(gè)運(yùn)輸裝置可以完全發(fā)揮自身功能，但也存在物料下滑等缺陷，這些缺陷將會(huì)對(duì)礦井生產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅。目前，中國(guó)應(yīng)用廣泛帶式輸送機(jī)的下運(yùn)角為-25°，與國(guó)際存在較大區(qū)別。由于受到相關(guān)原理的影響，當(dāng)其角度超出25°時(shí)，隨著該角度的不斷增加，其可控性也逐漸降低。如果無(wú)法對(duì)運(yùn)帶式輸送機(jī)加以改善，將會(huì)造成嚴(yán)重的后果。本文以某礦井為對(duì)象進(jìn)行研究，其所運(yùn)輸?shù)奈锪洗蠖酁轫肥?，堆積密度為1.8 t/m3，運(yùn)輸距離為153 m，角度最大數(shù)值為-31°，運(yùn)輸重量為400 t/h，塊度最大數(shù)值為300 mm，在國(guó)內(nèi)很少遇見(jiàn)[1]。鑒于此，對(duì)大傾角運(yùn)帶式輸送機(jī)進(jìn)行合理地研究與設(shè)計(jì)具有極其重要的意義。

1 大傾角下運(yùn)帶式輸送機(jī)研發(fā)目的

本次設(shè)計(jì)研發(fā)的目的主要是解決大傾角背景下運(yùn)輸機(jī)存在的運(yùn)輸問(wèn)題，例如物料下滑等，為該輸送機(jī)的正常運(yùn)行提供可靠依據(jù)。所運(yùn)用的設(shè)計(jì)思路主要有以下幾點(diǎn)。

（1）由于受到矸石滑落及輸送角度的影響，因此輸送帶應(yīng)當(dāng)保持16 m/s的運(yùn)行速度。同時(shí)，由于下運(yùn)帶式輸送機(jī)存在長(zhǎng)度過(guò)短、功率較低的問(wèn)題，因此應(yīng)當(dāng)選擇機(jī)尾單傳動(dòng)的方法，同時(shí)利用重錘小車將其進(jìn)行拉緊處理[2]。

（2）為了防止下運(yùn)帶式輸送機(jī)因矸石的影響而縮短使用期限，應(yīng)當(dāng)在卸料部位配置相應(yīng)的毛刷清掃設(shè)備和震動(dòng)清掃裝置，在尾端滾筒周圍配置相應(yīng)的空段清掃裝置，如圖1所示。

圖1 下運(yùn)帶式輸送機(jī)側(cè)型布置圖

（3）分別選用60°的平行托琨組與深槽托琨組作為回程托琨和承載托琨，其深槽托琨的相關(guān)參數(shù)如表1所示，參數(shù)構(gòu)造如圖2所示。

表1 托輥參數(shù)表

圖2 深槽托輥參數(shù)結(jié)構(gòu)圖

（4）由于帶式輸送機(jī)的破碎機(jī)僅可以處理300 mm的矸石，與寬帶相結(jié)合進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果為800 mm，可以將其寬度設(shè)置為1 000 m。圖2中的陰影部分與托琨組中產(chǎn)生的堆積截面積極為相近，將其設(shè)定為0.16 m2，則傾斜折減系數(shù)為：

由式可知，帶式輸送機(jī)所運(yùn)用的型號(hào)為ST800，各參數(shù)如表2所示。

表2 ST800型號(hào)帶式輸送機(jī)參數(shù)表

2 驅(qū)動(dòng)體系與電控體系

2.1 驅(qū)動(dòng)體系

處于滿載的背景下，ST800帶式輸送機(jī)存在較大的傾角，較短的長(zhǎng)度。假定摩擦因子、附加阻力系數(shù)及圓周驅(qū)動(dòng)力分別為0.012、1.58和-55 082.7 N，則傳動(dòng)滾筒軸功率為：

電動(dòng)機(jī)功率為：

式中：kd為電動(dòng)機(jī)備用系數(shù)，1.2；η為傳動(dòng)效率，0.98；ξ為電壓降系數(shù)，0.92；ξd為多機(jī)不平衡系數(shù)，1。

通過(guò)計(jì)算可知，電動(dòng)機(jī)的功率為103.2 kW，傳動(dòng)滾筒軸的功率為80.8 kW。

驅(qū)動(dòng)裝置所使用的電機(jī)為YBBP-315M-4變頻電動(dòng)機(jī)，功率為132 kW，同時(shí)運(yùn)用了四象限變頻交流器和DTII04A5164 S型傳動(dòng)滾筒[3]。為了使制動(dòng)具備較強(qiáng)的合理性，運(yùn)用以下公式計(jì)算制定力矩，則：

因此，可以運(yùn)用相關(guān)規(guī)格的自冷盤式制動(dòng)器。

2.2 電控系統(tǒng)

電控系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵部件為PLC。PLC是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、電流傳感器等電控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其電控系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 電控系統(tǒng)示意圖

（1）電控體系最主要的參數(shù)為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和帶速。在該系統(tǒng)中加設(shè)了電動(dòng)機(jī)帶速及轉(zhuǎn)速的檢測(cè)機(jī)構(gòu)，目的在于對(duì)這2個(gè)參數(shù)進(jìn)行合理轉(zhuǎn)化，促使其形成模擬信號(hào)[4]。

（2）配置綜保裝置的目的在于對(duì)輸送機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)找出其中存在的故障，如溫度過(guò)高、打滑等。

（3）根據(jù)相應(yīng)的比例來(lái)對(duì)盤式控制器加以控制，使油壓維持在0.5～1MPa之間。

3 啟、制動(dòng)控制系統(tǒng)

對(duì)于啟、制動(dòng)控制系統(tǒng)而言，應(yīng)當(dāng)基于上載荷來(lái)區(qū)分該系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，主要分為電動(dòng)工況與發(fā)電工況。

（1）與傳統(tǒng)的輸送機(jī)相比，電動(dòng)工況輸送機(jī)有相同功能，在啟動(dòng)時(shí)僅需要松開(kāi)制動(dòng)閘。在確保輸送帶固定不變時(shí)，應(yīng)當(dāng)與變頻器的加速曲線相結(jié)合來(lái)進(jìn)行啟動(dòng)。在制動(dòng)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，使其小于1 500 r/min，并將主機(jī)電源切斷，減小油壓，使其逐漸停止運(yùn)行。

（2）在發(fā)電工況背景下，帶式輸送機(jī)大多以滿載狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)行，此時(shí)可以將制動(dòng)閘慢慢松開(kāi)，輸送帶的運(yùn)行則呈現(xiàn)為下行，通過(guò)速度傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與帶速。若轉(zhuǎn)速接近1 500 r/min時(shí)，主機(jī)方可投入運(yùn)行。根據(jù)發(fā)電的實(shí)際狀況來(lái)進(jìn)行制動(dòng)操作，促使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速，應(yīng)當(dāng)依據(jù)合理的比例來(lái)降低油壓及閥電流值，從而減小輸送帶的運(yùn)行速度。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到1 500 r/min時(shí)，可以使控制油壓不斷降低；當(dāng)制動(dòng)速度達(dá)到0.1～0.3 m/s2之后，可以停止運(yùn)行[5]。

4 超速和打滑保護(hù)系統(tǒng)

（1）超速保護(hù)。若電機(jī)出現(xiàn)負(fù)載超標(biāo)的問(wèn)題時(shí)，其轉(zhuǎn)動(dòng)速度將會(huì)持續(xù)擴(kuò)大，形成相應(yīng)的隱患問(wèn)題，此時(shí)必須及時(shí)停載，直至轉(zhuǎn)速恢復(fù)正常之后，再繼續(xù)加載。對(duì)于超速Ι（應(yīng)當(dāng)將加載所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度持續(xù)降低），給煤機(jī)的電源將會(huì)自動(dòng)切斷，在轉(zhuǎn)速恢復(fù)正常之后，給煤機(jī)的電源將會(huì)自動(dòng)連通。若輸送機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度接近1 500 r/min時(shí)，運(yùn)式輸送帶將會(huì)出現(xiàn)超載運(yùn)行的狀況，此時(shí)應(yīng)立即停止運(yùn)行，以上這些工作狀況被稱為超速II。

（2）打滑保護(hù)。由于運(yùn)輸帶與托琨之間所形成的摩擦力持續(xù)減小，因此這兩個(gè)設(shè)備間將會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)現(xiàn)象，并且托琨所形成的表面線速度應(yīng)當(dāng)小于輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)所形成的速度，因此產(chǎn)生了打滑I。

一旦產(chǎn)生這種問(wèn)題，因摩擦力的影響，輸送帶將會(huì)出現(xiàn)磨損，更有甚者會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重事故，如瓦斯爆炸等。因此，應(yīng)當(dāng)對(duì)輸送帶的運(yùn)行速度進(jìn)行合理設(shè)置，一旦出現(xiàn)超標(biāo)問(wèn)題，給煤機(jī)的電力將會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)。若因運(yùn)輸帶卡死而產(chǎn)生打滑問(wèn)題，則為打滑Π。這種打滑極易導(dǎo)致撕帶問(wèn)題的產(chǎn)生，一旦產(chǎn)生這種狀況，應(yīng)當(dāng)及時(shí)停止運(yùn)行[6]。

5 上鋪帶裝置

將上鋪帶安裝到帶式輸送機(jī)上的主要目的是為了對(duì)物料進(jìn)行有效覆蓋，同時(shí)推動(dòng)輔助帶的運(yùn)作，避免物料出現(xiàn)滑落，同時(shí)應(yīng)當(dāng)將運(yùn)輸帶與托琨之間所形成的摩擦力加以擴(kuò)大，避免事故發(fā)生[7]。上鋪帶的構(gòu)造如圖4所示。

圖4 上鋪帶裝置結(jié)構(gòu)圖

6 應(yīng)用效果分析

在對(duì)大傾角巷道帶式輸送機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)選擇時(shí)，其關(guān)鍵問(wèn)題在于處理皮帶超速保護(hù)、物料下滑及啟動(dòng)與制動(dòng)控制，由根本上來(lái)處理這些問(wèn)題。該輸送機(jī)自2017年開(kāi)始投入使用以來(lái)，尚未產(chǎn)生物料下滑的問(wèn)題，并且具備較好的節(jié)能性及可行性，取得了較好的運(yùn)行效果，充分驗(yàn)證了該方案的有效性[8]。

7 結(jié)束語(yǔ)

（1）該煤礦-30°大傾角帶式輸送機(jī)主要是通過(guò)對(duì)皮帶的運(yùn)行速度加以有效地設(shè)置，并在輸送機(jī)上安裝相關(guān)設(shè)備來(lái)解決物料下滑及速度超標(biāo)的問(wèn)題。

（2）通過(guò)對(duì)運(yùn)行效果加以分析，在常村煤礦的經(jīng)營(yíng)生產(chǎn)中，該輸送機(jī)并未產(chǎn)生物料下滑的問(wèn)題，具有較好的節(jié)能性和可行性。