汪進(jìn)雅

(天地科技股份有限公司開(kāi)采設(shè)計(jì)事業(yè)部,北京100013)

深槽大傾角帶式輸送機(jī)應(yīng)用條件淺析

汪進(jìn)雅

(天地科技股份有限公司開(kāi)采設(shè)計(jì)事業(yè)部,北京100013)

Applied Condition Analysis of Belt Conveyor with Deep-slot and Large Inclined Angle

詳細(xì)分析了深槽大傾角帶式輸送機(jī)的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn),通過(guò)對(duì)普通帶式輸送機(jī)與大傾角帶式輸送機(jī)的性能參數(shù)比較,指出深槽大傾角帶式輸送機(jī)雖然在老礦井的改造中發(fā)揮了重要作用,但在新建礦井的應(yīng)用中要綜合考慮開(kāi)拓方式及經(jīng)濟(jì)效益。

大傾角;帶式輸送機(jī);深槽;應(yīng)用

通常情況下,將上運(yùn)傾角大于 18°的帶式輸送機(jī)稱(chēng)為大傾角帶式輸送機(jī)。能實(shí)現(xiàn)大傾角運(yùn)輸?shù)膸捷斔蜋C(jī)主要有 5種:波狀擋邊帶式輸送機(jī)、壓帶式帶式輸送機(jī)、管狀帶式輸送機(jī)、花紋帶式輸送機(jī)及深槽帶式輸送機(jī)。

波狀擋邊帶式輸送機(jī)在國(guó)內(nèi)尚未定型,各廠(chǎng)所生產(chǎn)的產(chǎn)品部件相似但不盡相同,且波狀擋邊帶結(jié)構(gòu)復(fù)雜,價(jià)格昂貴,提升能力和提升高度有限;壓帶式帶式輸送機(jī)及管狀帶式輸送機(jī)雖然提升高度和提升能力能滿(mǎn)足要求,但前者結(jié)構(gòu)復(fù)雜,而后者需要較大的帶寬和特殊的托輥,兩者造價(jià)均較高。上述 3種大傾角帶式輸送機(jī)均很難滿(mǎn)足多點(diǎn)裝載的要求?；y帶式輸送機(jī)清掃困難,而且傳動(dòng)功率受花紋與改向滾筒之間的比壓許用值限制。相比之下,深槽大傾角帶式輸送機(jī)將兩側(cè)托輥槽角增至 60°,從而使帶式輸送機(jī)的上運(yùn)傾角達(dá)到 23～28°,且能滿(mǎn)足中間多點(diǎn)裝載的要求,傳動(dòng)功率與普通帶式輸送機(jī)相差不多,不受特殊條件的限制,清掃、制造均較方便,造價(jià)相對(duì)于其他 4種也較低。

1 大傾角帶式輸送機(jī)工作原理

由于物料的輸送傾角取決于物料的塊度、硬度、含水量以及輸送機(jī)的帶速、輸送帶對(duì)物料的側(cè)壓力。輸送機(jī)傾角越大,物料的穩(wěn)定性越差,越容易引起滑料及滾料,要增大帶式輸送機(jī)的傾角,首先要增大物料與輸送帶之間的摩擦力,只有摩擦力大于下滑力時(shí),物料才能在輸送帶的帶動(dòng)下穩(wěn)定地運(yùn)行。

如圖 1所示,物體在傾斜平面上不產(chǎn)生滑動(dòng)的最大傾角應(yīng)滿(mǎn)足以下方程:

式中,F為斜面作用在物體上的摩擦力;N為斜面作用在物體上的正壓力;f為物體與斜面間的摩擦系數(shù);α為斜面傾角;G為物體重量。

解方程式 (1)得:

圖1 上運(yùn)物體受力分析

由 (2)式可知:物體在傾斜平面上的摩擦系數(shù)與最大傾角有關(guān)。同理,帶式輸送機(jī)上的物料最大輸送傾角決定于物料與輸送帶間的摩擦力,而摩擦力的大小又與輸送帶的形狀、物料的性質(zhì)等有關(guān)。因此,為了增加物料在輸送帶上的摩擦力,從而增加其摩擦系數(shù),將帶式輸送機(jī)上的輸送帶彎曲成如圖 2所示的深槽型,將托輥槽角提高到 60°,不僅增加了膠帶對(duì)物料的側(cè)壓力,而且在裝載量較少時(shí)摩擦系數(shù)仍然較大,繼而大大提高了帶式輸送機(jī)上的物料最大輸送傾角α。新型深槽托輥裝置的研制成功,為大傾角帶式輸送機(jī)的發(fā)展帶來(lái)了質(zhì)的飛躍。

2 大傾角帶式輸送機(jī)性能與使用條件分析

圖2 輸送帶斷面

近年來(lái),隨著對(duì)礦井高產(chǎn)高效要求的不斷提高,很多斜井箕斗提升的老礦井都要改造成帶式輸送機(jī)提升,以提高運(yùn)輸能力和自動(dòng)化水平,深槽大傾角帶式輸送機(jī)在這種條件下發(fā)揮了重大作用,帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

但是,深槽大傾角帶式輸送機(jī)存在的問(wèn)題也是明顯的,例如運(yùn)輸物料中大塊物料滾落,嚴(yán)重影響了帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的安全性,甚至對(duì)井筒中檢修工人的生命安全構(gòu)成了危險(xiǎn)。雖然有些廠(chǎng)家采取了設(shè)置擋煤裝置等措施,但效果不很明顯。

另外深槽帶式輸送機(jī)啟動(dòng)圓周驅(qū)動(dòng)力大,即啟動(dòng)加速度大,可能帶來(lái)的故障有:引起輸送機(jī)喘振,設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定,局部堆料、撒料;傳動(dòng)滾筒處膠帶打滑;電動(dòng)機(jī)過(guò)載太大,引起零件的破壞。通常情況下,大傾角、大運(yùn)量的帶式輸送機(jī)啟動(dòng)系數(shù)宜控制在 1.05～1.1,啟動(dòng)加速度宜控制在 0～0.05m/s2。故深槽帶式輸送機(jī)對(duì)軟啟動(dòng)性能要求也較高。為方便說(shuō)明,現(xiàn)將普通帶式輸送機(jī)和深槽大傾角帶式輸送機(jī)進(jìn)行對(duì)比計(jì)算。

設(shè)帶寬B=1200mm,帶速 v=3.15m/s,運(yùn)量Q=1000t/h,提升高度 H=260m。普通帶式輸送機(jī)傾角取δ=16°;深槽大傾角帶式輸送機(jī)傾角δ= 23°,采用雙排交錯(cuò) V型深槽托輥組。則需要鋪設(shè)帶式輸送機(jī)長(zhǎng)度如圖 3所示。

圖 3 兩種傾角帶式輸送機(jī)計(jì)算對(duì)比

圖 3中Ⅰ為普通帶式輸送機(jī),斜長(zhǎng) L=943m,Ⅱ?yàn)樯畈鄞髢A角帶式輸送機(jī),斜長(zhǎng)L=665m。采用《DTⅡ (A)型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。

圓周驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式為:

式中,C為附加阻力系數(shù);f為模擬摩擦系數(shù);L為輸送機(jī)機(jī)長(zhǎng);g為重力加速度,g=9.81m/s2; qRO為承載分支托輥組每米長(zhǎng)度旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量;qRU為回程分支托輥組每米長(zhǎng)度旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量;qB為每米長(zhǎng)度輸送帶質(zhì)量;qG為每米長(zhǎng)度輸送物料質(zhì)量; δ為輸送機(jī)傾角;FS1為導(dǎo)料槽特種阻力;FS2為清掃器等特種阻力。

啟動(dòng)圓周驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式為:

其中,慣性力 Fa為:

式中,m1為直線(xiàn)移動(dòng)部分質(zhì)量:

m2為旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量:

式中,aA為啟動(dòng)加速度,m/s2;n為驅(qū)動(dòng)單元個(gè)數(shù);JiD為第 i個(gè)旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,kg·m2;ii為驅(qū)動(dòng)單元第 i個(gè)旋轉(zhuǎn)部件至傳動(dòng)滾筒的傳動(dòng)比; r為傳動(dòng)滾筒半徑,m;Ji為第 i個(gè)滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,kg·m2;ri為第 i個(gè)滾筒的滾筒半徑,m。

式 (7)為各個(gè)旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)換為傳動(dòng)滾筒上直線(xiàn)移動(dòng)的質(zhì)量,其中包括電動(dòng)機(jī)、高速軸連軸器 (或液力耦合器)、制動(dòng)輪、減速器、低速軸連軸器、逆止器和所有滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等。

啟動(dòng)系數(shù)計(jì)算公式為:

假設(shè)驅(qū)動(dòng)單元選用鼠籠電動(dòng)機(jī) +YOXF型液力耦合器 +減速器 +連軸器 +傳動(dòng)滾筒的組合方式,計(jì)算結(jié)果如表1。

表 1 兩種傾角帶式輸送機(jī)計(jì)算結(jié)果

從表 1中可以看出,在不采用特殊軟啟動(dòng)措施的情況下,傾角越大,啟動(dòng)加速度越大,也就是說(shuō)深槽大傾角帶式輸送機(jī)要保證平穩(wěn)啟動(dòng),需要性能更好的軟啟動(dòng)裝置。

此外,是否采用深槽大傾角帶式輸送機(jī)還要考慮實(shí)際情況和經(jīng)濟(jì)效益。假設(shè)圖 3中Ⅰ為普通帶式輸送機(jī),Ⅱ?yàn)樯畈鄞髢A角帶式輸送機(jī),Ⅲ為井下大巷帶式輸送機(jī)。如果開(kāi)拓方式及井口位置已定,采用深槽大傾角帶式輸送機(jī)看似比采用普通帶式輸送機(jī)節(jié)省了 278m主井井筒工程量,但是多增加了294m大巷工程量。再考慮大傾角帶式輸送機(jī)上托輥數(shù)量多 (一般為 4輥雙排交錯(cuò) V型深槽托輥組),而且還要增加能單方向通過(guò)的擋料裝置以防止塊狀物料向下滾動(dòng)造成傷人事故,故設(shè)備總投資并不一定減少,甚至還有可能增加。另外,有試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:深槽大傾角帶式輸送機(jī)要求運(yùn)輸煤炭的外水要控制在 5%～9%以?xún)?nèi),而且物料要均勻,粒度不易過(guò)大,如清水營(yíng)煤礦主斜井深槽大傾角帶式輸送機(jī)運(yùn)輸物料的粒度控制在 0～200mm,這對(duì)產(chǎn)品塊率要求比較高的場(chǎng)合顯然是不合適的。

3 結(jié)束語(yǔ)

深槽大傾角帶式輸送機(jī)在為斜井箕斗提升的老礦井高產(chǎn)高效及自動(dòng)化改造過(guò)程中發(fā)揮的經(jīng)濟(jì)效益是非常明顯的,但在新建礦井的應(yīng)用中要綜合考慮開(kāi)拓方式及產(chǎn)品的粒度要求,以及煤炭的外水是否滿(mǎn)足要求,以免造成不必要的浪費(fèi)甚至難以挽回的經(jīng)濟(jì)損失。

[1]北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所,武漢豐凡科技開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司 . DTⅡ (A)型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè) [M].北京:冶金工業(yè)出版社,2003.

[2]黃健章 .SQD型大傾角上運(yùn)帶式輸送機(jī) [J].煤炭科學(xué)技術(shù),1991(8):42-46.

[3]白 霄 .清水營(yíng)煤礦主提升大傾角帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì) [J].煤礦機(jī)械,2009,10(10):6-8.

[責(zé)任編輯:王興庫(kù)]

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1006-6225(2010)06-0071-02

2010-04-16

汪進(jìn)雅 (1981-),男,河北唐山人,工程師,主要從事礦井機(jī)械設(shè)計(jì)工作。