煤礦帶式輸送機(jī)選型及關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)

王躍鋒

（陽(yáng)煤一礦機(jī)電工區(qū)， 山西 陽(yáng)泉 045000）

引言

煤礦帶式輸送機(jī)自18 世紀(jì)問(wèn)世以來(lái)，就成為了煤炭運(yùn)輸體系中的重要組成部分。隨著帶式運(yùn)輸機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)有的帶式運(yùn)輸機(jī)具有動(dòng)力大、運(yùn)量足、運(yùn)輸距離長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。但是由于煤礦地質(zhì)條件復(fù)雜和一些型號(hào)帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)缺陷，有時(shí)還會(huì)發(fā)生電機(jī)損壞，運(yùn)輸效率變低，甚至工作人員被卷入引起傷亡的事故[1]。為了消除和減少這些危險(xiǎn)事故的發(fā)生，本文從安全控制理論出發(fā)，分析了煤礦帶式運(yùn)輸機(jī)的選型,然后對(duì)所選機(jī)型的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行研究，具體闡述如下。

1 煤礦帶式輸送機(jī)選型設(shè)計(jì)

1.1 帶式輸送機(jī)運(yùn)量計(jì)算

普通帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示，其主要設(shè)備包括驅(qū)動(dòng)滾筒、輸送帶、托輥、中間架和尾架[2]。帶式運(yùn)輸機(jī)在工作時(shí)輸送帶成閉合環(huán)狀，利用張緊裝置將其拉緊，在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，利用各個(gè)滾筒和輸送帶之間的摩擦力使皮帶運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到運(yùn)輸物料和煤炭的目的。

圖1 帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)圖

在分析煤礦帶式輸送機(jī)的選型時(shí)，需要結(jié)合井下的地質(zhì)情況和礦井的巷道布設(shè)位置。在進(jìn)行輸送機(jī)選型前，要以需要施工地點(diǎn)的一些數(shù)據(jù)作為設(shè)計(jì)的依據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括礦井主斜井的傾角、井口及井底的標(biāo)高、井筒斜長(zhǎng)、礦井的排班制度和礦石的一般參數(shù)（包括煤的塊度、水分、硬度和塊煤率）。

表1 帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)計(jì)算輸送能力公式：

式中：Q為帶式輸送機(jī)運(yùn)輸能力，A為礦井年產(chǎn)量，3 Mt/a；af為不均衡系數(shù)，一般選取1.15；C為礦井生產(chǎn)富余系數(shù)，一般選取1.2；M為每年工作日；N為每日凈提升小時(shí)。

根據(jù)我國(guó)規(guī)定的《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》，一般來(lái)說(shuō)礦井每年工作330 d，每天工作時(shí)長(zhǎng)為16 h，將其帶入公式中，計(jì)算得Q=784.12 t/h。

結(jié)合礦井中其他輸送機(jī)的工作效率，該生產(chǎn)能力的礦井設(shè)計(jì)運(yùn)輸能力可為900 t/h。

1.2 設(shè)計(jì)技術(shù)要求和機(jī)型選擇

帶式輸送機(jī)以PLC 為電控核心，電控裝置系統(tǒng)由控制箱、操作臺(tái)和傳感器組成[4]。在該系統(tǒng)中必須設(shè)計(jì)保護(hù)功能，包括跑偏保護(hù)、急停保護(hù)、堆煤保護(hù)、煙霧保護(hù)、高溫保護(hù)和速度保護(hù)。此外，電控裝置還應(yīng)該設(shè)有后臺(tái)設(shè)備連鎖裝置。傳送帶是由電機(jī)滾筒和運(yùn)輸帶之間的摩擦力驅(qū)動(dòng)，而滾筒和其他裝置應(yīng)該通過(guò)軸傳動(dòng)。為了滿足上訴運(yùn)輸能力和技術(shù)條件，選取型號(hào)為DTL140/90/2×1400 的帶式輸送機(jī)為該礦的提升運(yùn)輸裝置。

2 輸送帶參數(shù)設(shè)計(jì)

輸送帶是輸送機(jī)的主要部件，它的設(shè)計(jì)要求包括輸送帶類型、寬度和輸送線路的選擇。井下環(huán)境復(fù)雜，在選擇輸送帶材料時(shí)應(yīng)注意防火性和可靠度，最好選用分層帶。在抗拉強(qiáng)度相同時(shí)，還要考慮自重，所以尼龍層帶和維尼龍帆布層帶是選用度最高的材料。在計(jì)算輸送帶寬度時(shí)，根據(jù)公式：

式中：B1為滿足設(shè)計(jì)要求的帶寬；Q為設(shè)計(jì)輸送能力；K為物料斷面系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在文中選取236；v為輸送帶速度，該型號(hào)為4.0 m/s；γ 為物料散狀密度，一般為0.9 t/m3。c為傾角系數(shù)，在文中選取25。

關(guān)于心肌生物標(biāo)志物的應(yīng)用，新的定義中強(qiáng)調(diào)cTn，尤其是hs-cTn的重要價(jià)值。cTn的動(dòng)態(tài)變化有助于臨床醫(yī)師對(duì)急性心肌梗死進(jìn)行確診或排除，以及與慢性心肌損傷進(jìn)行鑒別診斷(圖2)。

代入數(shù)據(jù)計(jì)算得B1=1 221.5 mm。

在輸送帶線路的選擇上，結(jié)合礦井的巷道設(shè)計(jì)和地質(zhì)條件，選取雙滾筒分別驅(qū)動(dòng)的線路方式，這樣輸送帶的張力較小，還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，其具體布置線路圖如圖2 所示。

圖2 輸送帶驅(qū)動(dòng)裝置布置圖

3 滾筒參數(shù)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)滾筒寬度時(shí)，首先要計(jì)算輸送帶的許用張力，這樣才可以設(shè)計(jì)合適的滾筒寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。輸送帶許用張力計(jì)算公式為：

式中：Se為輸送帶許用張力；Qd為帶芯拉斷強(qiáng)度，一般選取4 500 N/mm；B為輸送帶寬度，選取1 400 mm；M為輸送帶安全系數(shù)，鋼絲繩取11。

計(jì)算得Se=572.74 kN。

對(duì)于采用鋼絲芯的輸送機(jī)，其滾筒直徑D根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式D≥150d（d為鋼絲芯直徑，一般為8.1m），可以得出D≥1 215 mm。

為了防止覆蓋膠脫落，根據(jù)公式：

式中：S為輸送帶張力，由上可知為572.74kN；a為鋼絲繩間距，該礦中為15 mm；p為許用表壓，一般取1 MPa。

計(jì)算得傳動(dòng)滾筒直徑D=1 520 mm。為了滿足在適度超重下輸送帶的運(yùn)輸力，在本裝置中選擇1 800 mm 的傳動(dòng)滾筒直徑。

對(duì)于裝置中改向滾輪的直徑，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：

計(jì)算得出，對(duì)于尾部的改向滾筒直徑D1為1 440 mm，位于其他位置的改向滾筒直徑D2為1 080 mm。

4 輸送帶張力設(shè)計(jì)

輸送帶張力能保證輸送機(jī)在工作時(shí)不會(huì)發(fā)生打滑現(xiàn)象。輸送帶和傳動(dòng)滾筒之間的摩擦系數(shù)根據(jù)不同工作條件各有不同[5]，其具體數(shù)值如表2 所示。

表2 輸送帶和傳動(dòng)滾筒摩擦系數(shù)表

本系統(tǒng)選擇雙電機(jī)雙筒傳動(dòng)輸送機(jī)，假設(shè)FA1、FA2分別為第一和第二滾筒的圓周力。根據(jù)公式：

式中：Fu為滾筒圓周驅(qū)動(dòng)力，該型號(hào)為440 000 N；KA為啟動(dòng)系數(shù)，一般取1.30。

根據(jù)公式：

式中：S2為第二傳動(dòng)滾筒處輸送帶繞出張力，N；μ 為摩擦系數(shù)，選取0.35；α2為第二傳動(dòng)滾筒包圍角，為200°。

當(dāng)?shù)诙鲃?dòng)滾筒的eμα2足夠時(shí)，計(jì)算得S2=154 595 N。

所以帶式輸送機(jī)的下垂度為S2垂=FA-S2=417405N。

為了滿足帶式輸送機(jī)在運(yùn)行時(shí)不打滑的工作需求，S1垂=S2垂+Fu=857 405 N。

根據(jù)安全經(jīng)驗(yàn)公式：

式中：B為傳送帶長(zhǎng)度，選取1 400 mm；St為單位長(zhǎng)度內(nèi)傳動(dòng)帶張力，該系統(tǒng)為4 500 N/m。

5 結(jié)論

以某礦為例，對(duì)帶式輸送機(jī)選型設(shè)計(jì)的結(jié)果為：輸送帶的寬度設(shè)計(jì)為1 221.5 mm，采用雙滾筒分別驅(qū)動(dòng)的布置方式；設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)滾筒直徑為1 800 mm，尾部的改向滾筒直徑為1 440 mm，其他位置的改向滾筒直徑為1 080 mm。在一般的工作環(huán)境下，該帶式輸送機(jī)輸送帶材料的安全系數(shù)為7.35，強(qiáng)度可以滿足設(shè)計(jì)和實(shí)際工作要求。