摘 要：在礦井生產(chǎn)中，讓皮帶機平穩(wěn)、可靠的運行，是各礦業(yè)集團機械部門研究的重要課題。通過對皮帶機的重要參數(shù)研究，我們認(rèn)為，在一些參數(shù)上進行優(yōu)化與改造，將對大傾角、長距離、高強度的帶式運輸機有很大的促進與改進作用。

關(guān)鍵詞：運輸機械 皮帶機 平穩(wěn)運行

中圖分類號：U2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X(2011)03(c)-0082-02

由于帶式運輸機不僅具有長距離、大運量、連續(xù)運輸?shù)葍?yōu)點，而且運行可靠，容易實現(xiàn)自動控制，因此在煤礦生產(chǎn)中得到了廣泛的使用，是煤礦主要的運輸設(shè)備。隨著煤礦生產(chǎn)機械化和自動化水平的不斷提高，高產(chǎn)高效礦井的大量涌現(xiàn)，對礦井的運輸設(shè)備提出了更高的要求，大傾角、長距離、高強度的帶式運輸機在煤礦生產(chǎn)中應(yīng)用得也越來越廣泛。為適應(yīng)高速發(fā)展的煤炭生產(chǎn)，強力皮帶機的運行傾角在不斷加大，目前，正在運行的強力皮帶機最大傾角已經(jīng)達(dá)到35°。隨著強力皮帶機運行傾角的不斷加大，除設(shè)置安全可靠的制動裝置外，如何設(shè)計選擇強力皮帶機的防逆轉(zhuǎn)裝置和優(yōu)化選擇其他運行安裝參數(shù)，是確保大傾角強力皮帶機安全平穩(wěn)運行的關(guān)鍵。通過興阜煤礦主井35°大傾角上運強力皮帶機對這些參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計和選擇的實踐，為我們提供了很好的經(jīng)驗。

1 強力皮帶機技術(shù)參數(shù)

(1)安裝最大傾角35°;

(2)運輸能力：400t/h;

(3)膠帶寬度：1200mm;

(4)額定帶速：2.5m/s;

(5)運輸長度：830m;

(6)驅(qū)動功率：2×560kw(690v變頻調(diào)速);

(7)控制形式：電機采用ABB變頻軟啟動，整機自動控制(如圖1）。

2 有關(guān)運行參數(shù)的設(shè)計選擇

2.1 逆止器的設(shè)計選擇

強力皮帶機在重載停車時，停留在膠帶上的50多噸原煤，會產(chǎn)生很大的下滑力，迫使強力皮帶機反向下滑，極易造成斷帶飛車等重大安全生產(chǎn)事故，所以選擇可靠的防逆轉(zhuǎn)裝置，是保證大傾角強力皮帶機安全平穩(wěn)運行的重點。為確保強力皮帶機在停車后膠帶不逆轉(zhuǎn)，必須安設(shè)安全可靠的防逆止裝置。

(1)輸送能力計算。

在選擇逆止器時，應(yīng)按皮帶機在最大輸送能力時，滿載停車所產(chǎn)生的下滑力進行設(shè)計計算，以確保設(shè)計選擇的逆止器安全可靠，防止發(fā)生重大事故。深槽角上托輥端面如圖2所示。

深槽角托輥所形成的原煤最大橫截面積為：

S =S 1+S 2+S 3-S P(m2)

其中：S1=[2L1cosλ1+(b-2L1)cosλ2]2

由于該皮帶機的運行傾角達(dá)35°，原煤的動安息角已不存在，即θ=0，所以S1=0

S2=[2L1cosλ1+(b-2L1)/2 cosλ2](b-2L1)/2 sinλ2

=0.0697m2

S3=L1sin2λ1/2

=0.0169m2

SP=δP[BP-(B-b)/cosλ2]

=0.02575m2

式中：SP為物料截面中的膠帶截面積 m2;

δP為膠帶厚度 m2;

BP為膠帶寬度 m2;

則：S =S 1+S 2+S 3-S P;

=0.06085m2

膠帶機最大輸送能力為：

Qm=3.6Sυρκ

=547.6t/h

式中：S為輸送帶上原煤的最大橫截面積，m2;S =0.06085m2

υ為帶速，m/s;υ=2.5m/s;

ρ為原煤的松散密度，kg/m3;

ρ=1000kg/m3;

κ為傾斜系數(shù);κ=1。

皮帶機每米輸送帶上原煤的質(zhì)量為：

qG=60.85kg/m

(2)強力皮帶機重載停車時的下滑力計算。

考慮到當(dāng)皮帶機在滿載運行時停車，是皮帶機最容易發(fā)生逆轉(zhuǎn)的工況，這時皮帶機的反向下滑力最大，其物料的下滑力為：

F=QSsinβ=qGgH

=284142.7N

式中：F為物料重力沿帶速反方向的分力，N;

QS為物料垂直重力，N;

qG為輸送帶上每米物料重，

qG=60.85kg/m;

H 為物料在傾斜段的提升高度，H=476m;

g 為重力加速度，g=9.81m/s2。

(3)皮帶機逆轉(zhuǎn)時運行阻力計算。

W=(2qb+qR+qRU)Lωg+qLωg

=10364.78N

式中：W為皮帶機逆轉(zhuǎn)時運行阻力，N;

qB為輸送帶每米質(zhì)量，qG=42kg/m;

qRO為輸送機承載分支每米機長托輥回轉(zhuǎn)部分每米質(zhì)量，qRO=24.6kg/m;

qRU為輸送機回程分支每米機長托輥回轉(zhuǎn)部分每米質(zhì)量，qRO=19.28kg/m;

ω為托輥阻力系數(shù)，ω=0.012;

L為輸送機機頭、機尾中心投影長度，L=680m;

q為機尾改向滾筒中心安裝中心高， q=1.6m。

根據(jù)皮帶機帶負(fù)荷停車是否發(fā)生逆轉(zhuǎn)的條件：W＜F 即：

10364.78N＜284142.7N

所以需設(shè)置皮帶機防逆止裝置。

(4)逆轉(zhuǎn)制動力矩的計算。

由于選用的逆止器安裝在卸載滾筒上，所以只要卸載滾筒的逆轉(zhuǎn)力矩小于選用的逆止器許用的逆轉(zhuǎn)制動力矩即可，卸載滾筒軸的逆轉(zhuǎn)力矩為：

MT=0.65D [qGH-(2qb+qRo+qRU)Lω-qGLω]g

=259123.2N·m

式中：D為卸載滾筒直徑，D=1.43m。

(5)逆止器的選擇。

根據(jù)卸載滾筒軸的逆轉(zhuǎn)力矩MT=259123.2N.m，我們選擇了具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便，適用于低速軸的DSN330型逆止器，其許用的逆轉(zhuǎn)制動力矩為330000Nm，可以滿足大傾角強力皮帶機防逆轉(zhuǎn)的要求。

2.2 裝載處皮帶機安裝傾角的選擇

由于該機的最大運行傾角高達(dá)35°，如果該機在機尾裝載點處仍采用大傾角安設(shè)，根據(jù)原煤的動態(tài)安息角只有30°左右的實際情況，再加上裝載時原煤滑落沖擊及皮帶機運行產(chǎn)生振動等因素的影響，將無法穩(wěn)定裝載。為解決這一問題，我們把機尾裝載點到運行前方15m這段機尾架和中間架的安裝角度減小到30°以下傾角安裝，以使裝載點的皮帶機安裝傾角小于原煤的動態(tài)安息角，保證裝載時煤流的穩(wěn)定，待裝載的原煤在膠帶上穩(wěn)定后，才進入35°大傾角狀態(tài)運行。

2.3 托輥的布置

為解決皮帶機運行中原煤在膠帶上下滑的問題，除選擇了ST3150阻燃型花紋鋼絲繩芯抗撕裂膠帶以增大原煤與膠帶間的摩擦阻力外，還在上膠帶采用了由四節(jié)普通托輥組成的深槽形托輥組，并采取錯排布置的方式，托輥上槽角達(dá)60°，用來增加煤與膠帶間的側(cè)向擠壓力，保證原煤在運行時所需的摩擦力。上托輥直徑為133mm，排列間距為1200mm，下托輥采用平托輥，托輥直徑為133mm，排列間距為3000mm。

2.4 裝載設(shè)備的選擇

35°大傾角強力皮帶機由于原煤的動態(tài)堆積角較小，在裝載點的煤流極不穩(wěn)定，雖然我們在裝載處將皮帶機安裝傾角進行了降低，使其小于原煤的動態(tài)堆積角，但裝載時落煤速度及煤流的穩(wěn)定，對皮帶機的裝煤效果會產(chǎn)生較大影響。為保證皮帶機在原煤裝載時煤流下落穩(wěn)定，防止撒貨、跑貨等現(xiàn)象的發(fā)生，除在皮帶機裝載處安設(shè)固定圍擋裝置外，還要選擇和設(shè)置好裝載設(shè)備。根據(jù)輸送能力選擇K-4往復(fù)式給煤機，每小時給煤能力440t。電動機功率18.5kW。給料斗是在皮帶機和給煤機安裝后，根據(jù)現(xiàn)場實際情況制做的，為了保證落煤的平穩(wěn)，在保證與K-4給煤機連接的條件下，料斗給煤角度的確定原則是在保證原煤通暢滑落的前提下盡量減小，以將煤流對皮帶機的沖擊影響降到最低。

2.5 電氣控制形式

皮帶機啟動控制形式，對大傾角強力皮帶機的平穩(wěn)運行具有很大的影響，為保證皮帶機啟動時運行平穩(wěn)，該機的電控系統(tǒng)使用ABB12脈動直接轉(zhuǎn)矩控制交-直-交變頻控制，主電機供的電電壓690V，控制電壓380V，保證了皮帶機啟動和運行的平穩(wěn)。

2.6 擋貨裝置

為防止皮帶機由于傾角太大，造成原煤在運行時撒貨和滾貨，上皮帶全程設(shè)置了封閉的防撒貨鋼網(wǎng)防護裝置，并每間隔10m裝有一個擋煤裝置，防止塊煤向下滾動和跳動。下皮帶在中部設(shè)置了封閉的擋貨刮板，防止落貨滾向機尾。大傾角皮帶機機尾的防護十分重要，如果防護不好，在運行中進入雜物或大塊矸石等，會造成膠帶跑偏等故障，嚴(yán)重時可造成機尾拉翻損壞、斷帶跑車等重大事故，所以在裝載點到機尾采取完全封閉的形式，上、下膠帶間采用鋼板封閉，兩側(cè)也全部密封，并在機尾滾筒前和機尾架與中間架過渡處的上、下膠帶間安設(shè)高度以不阻礙上、下膠帶運行的擋、刮貨板，確保雜物不能進入機尾。裝載點除采取有效措施保證原煤的平穩(wěn)裝載外，還在皮帶兩側(cè)設(shè)置了固定密封擋板，特別是料斗的后側(cè)一定要封閉好，以防止撒貨進入機尾造成事故。

3 其他措施

為確保大傾角強力皮帶機的安全平穩(wěn)運行，我們除在設(shè)計上對影響平穩(wěn)運行的主要參數(shù)進行了優(yōu)化選擇，同時我們還對其他影響因素采取了有效的改進措施。

3.1 原煤粒度的控制

由于皮帶機的運行傾角達(dá)到35°，所以原煤粒度的大小對煤流穩(wěn)定性影響很大，較大粒度的塊煤在皮帶機運行時很不穩(wěn)定，特別是在煤流表層的粒度較大的塊煤基本是在不斷向下滾動，在煤流很小或斷續(xù)的情況下尤為明顯，嚴(yán)重時可造成跑煤事故。為防止這種情況發(fā)生，我們采取的措施：一是增大井下煤倉容量，至少其容量要達(dá)到每班的最高產(chǎn)量，用以減少皮帶機的頻繁運行，保證皮帶機滿載運行;二是在煤倉的入口設(shè)置篩板，控制待運原煤的粒度，保證大于100mm粒度的原煤不能進入系統(tǒng)。

3.2 原煤水分的控制

原煤水分過大對大傾角皮帶機的運行十分不利，會造成溜貨和跑貨。要嚴(yán)格控制原煤水分，除為保證安全生產(chǎn)進行噴霧降塵等必要的煤水混合外，要杜絕其他生產(chǎn)和運輸環(huán)節(jié)中的煤水混合，確保原煤中的水分在10%以下。

3.3 膠帶花紋磨損修復(fù)

經(jīng)理論分析和實際觀察，35°大傾角皮帶機在勻速運轉(zhuǎn)時，由于原煤與膠帶摩擦阻力的存在，理論上在膠帶的原煤是靜止的。但由于其運行傾角超過了原煤的動態(tài)安息角，所以膠帶上的原煤在機械震動等因素的影響下會產(chǎn)生下滑，其下滑的速度與原煤距膠帶接觸面的距離成正比，表面原煤滑動的速度最大。實際上，與膠帶接觸的原煤也不是靜止不動，而是緩慢地蠕動下滑，這就造成了膠帶花紋部分撕裂磨損。被磨損的膠帶花紋如不及時修復(fù)，會造成膠帶不能運煤的嚴(yán)重后果，所以膠帶花紋部分磨損后，要采取橡膠條料冷粘的方法及時修補。

參考文獻(xiàn)

[1]運輸機械設(shè)計選用手冊[M].化學(xué)工業(yè)出版社.2005，9.

[2]帶式輸送機工程設(shè)計規(guī)范.GB50431-2008[S].

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