陳國(guó)強(qiáng)
(徐礦集團(tuán)天山礦業(yè)有限責(zé)任公司,新疆 庫(kù)車(chē) 842000)
徐礦集團(tuán)天山礦業(yè)公司俄霍布拉克煤礦,是徐礦集團(tuán)早期援疆項(xiàng)目,礦井工業(yè)儲(chǔ)量為10.5億t,原設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為90萬(wàn)t/a,自2002年開(kāi)工以來(lái),隨著南疆經(jīng)濟(jì)發(fā)展,市場(chǎng)對(duì)煤炭的需求擴(kuò)大,礦井不斷改擴(kuò)建,產(chǎn)量年年翻番,目前產(chǎn)能為400萬(wàn)t/a,遠(yuǎn)景產(chǎn)能1000萬(wàn)t/a。隨著產(chǎn)能倍增,原主井皮帶機(jī)速度低、帶寬窄、運(yùn)能小,功率低,成為生產(chǎn)制約瓶頸。因此選用主參數(shù)更大、技術(shù)先進(jìn)、性能可靠的長(zhǎng)距離、大運(yùn)量、大功率的帶式輸送機(jī),是企業(yè)提升產(chǎn)能,加快發(fā)展的迫切需要。
年生產(chǎn)能力 1000萬(wàn)t,年生產(chǎn)天數(shù):300d,每天生產(chǎn)時(shí)間:15h。則:小時(shí)產(chǎn)量=年生產(chǎn)能力/年生產(chǎn)天數(shù)×每天生產(chǎn)時(shí)間=10000000/300×14=2222(t/h),考慮峰時(shí)產(chǎn)量,提升運(yùn)量按每小時(shí) 2300t。 根據(jù)巷道寬4.8m,巷道一側(cè)預(yù)留安裝架空乘人裝置的空間,確定選用1.6m寬膠帶。
根據(jù)多年礦井運(yùn)用皮帶機(jī)的經(jīng)驗(yàn),集中DTⅡ(A)型和DX型鋼繩芯帶式輸送機(jī)優(yōu)點(diǎn),決定將DTL型皮帶機(jī)作為研制主井原煤運(yùn)輸提升設(shè)備。該型帶式輸送機(jī)屬于高強(qiáng)度帶式輸送機(jī),適用于散狀物料大運(yùn)量和長(zhǎng)距離的運(yùn)輸。
整部帶式輸送機(jī)主要有驅(qū)動(dòng)裝置、卸載傳動(dòng)架、張緊車(chē)、滾筒、托輥、中間架、支腿、膠帶、逆止器、制動(dòng)閘、電氣控制系統(tǒng)等組成。
(1)輸送傾角 α=16°;(2)輸送長(zhǎng)度(斜長(zhǎng)):L斜=1491m;(3)輸送量:Q=2300t/h;(4)輸送物料:原煤 ρ=20°,γ=1t/h;(5)物料最大塊度:Xmax=0.300m;(6)輸送機(jī)簡(jiǎn)圖如1所示。
圖1 輸送機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
1)初選帶速 V=5.0m/s,初選帶寬B=1600mm,Q=3.6Svkρ=3.6X0.28X5X0.89X1000=4485.6t/h>2300t/h,滿(mǎn)足要求。式中:Q——輸送量;S——物料的最大截面積㎡;V——帶速m/S;ρ——堆積密度㎏/m3;K——傾斜系數(shù)K=0.89。
2)按輸送塊度驗(yàn)算:
初選帶寬:B=1600mm>2X300+200=800mm,選ST3500S鋼絲繩芯阻燃輸送帶,每米帶重:qB=69.28kg/m。
3)承載分支選用3個(gè)φ194×600標(biāo)準(zhǔn)托輥組,其單位長(zhǎng)度旋轉(zhuǎn)部分重量:qRO=45.2kg/m,上托輥組布置間距:Itz=1.2m;回空分支平托輥組選用1個(gè)φ194×1800標(biāo)準(zhǔn)托輥,單位長(zhǎng)度旋轉(zhuǎn)部分重量:qRU=18kg/m,下托輥組布置間距:Itk=3m。
1)圓周力計(jì)算
膠帶輸送機(jī)所輸送物料單位長(zhǎng)度質(zhì)量:
qG=Q/(3.6×V)=2300/(3.6×5.0)=127.78kg/m
取運(yùn)行阻力系數(shù):f=0.03;附加阻力系數(shù):Cn=1.04。
圓周力FU
2)軸功率P
3)電機(jī)功率Pd
Pd=Kd×P/(ξ×ξd×η)=1.2×3265/(0.9×0.90×0.9)=5374.5kW, 式中,Kd——功率備用系數(shù),取K=1.2;ξ——電壓降系數(shù),取 ξ=0.9;ξd——多機(jī)功率不平衡系數(shù),取ξd=0.9;η——傳動(dòng)效率取η=0.9,選擇雙滾筒雙電機(jī)傳動(dòng),單機(jī)功率1500kW,總功率6000kW。
1)輸送帶不打滑條件校核:
F2(S1)MIN≥FUmax/(eμψ-1)
FUmax=KA*FU=1.5X653077.25(N)=979616(N)。
傳動(dòng)滾筒圍包角:ψ=200°+200°;傳動(dòng)滾筒和輸送帶之間的摩擦系數(shù):μ=0.35;F2(S1)MIN≥979616/(11.56-1)=92767(N)。
2)輸送帶下垂度校核:
F承MIN≥a0(qB+qG)g/8X0.01=1.2X(69.28+127.78)X9.8/0.08=28967(N);
F承MIN≥aUqBg/8X0.01=3X69.28X9.8/0.08=25460(N)。
3)各特性點(diǎn)張力計(jì)算:
①根據(jù)不打滑條件,傳動(dòng)滾筒奔離點(diǎn)最小張力為92767(N)
S3min≥S2min-FⅡ=187883-172244=15639(N)。
②按垂度條件:
承載分支:
S5min≥[50 ×(q0+q)×g ×ltz×cosα]/8=[50 ×(79.86 +54.24)×9.8 ×1.2 ×cos14.5]/8=9542.4(N)
回空分支:
S4min≥[50×q0×g×Itk×cos?]/8=[50×54.24×9.8×3×cos14.5°]/8=9649.14(N)
所以,按垂度條件應(yīng)滿(mǎn)足:S4min=S5min≥9649.14(N)。
4)回空段上總運(yùn)行阻力
F3=FH3+FSt3
FH3=f×L×g×(qtk+q0×cos?)+g×q0×H3-4=0.03×1310×9.81×(31.52/3+54.24×cos14.5°)=24263.82(N)
FSt3=g×q0×H3=9.8×54.24×(-1310×sin14.5°)=-174348(N)
F3=-150084(N)
S3min=S4min-F3
≥9649+150084=159733(N)
比較以上計(jì)算,取S3=159733(N)。
5)根據(jù)逐點(diǎn)計(jì)算法
S4=S3+F3=159733-150084=9649(N)
Smax=S1=S3+F=159733+344488=504221.2(N)
S1-S2=S2-S3
S2=(S1+S3)/2=331977(N)。
1)膠帶許用安全系數(shù)[m]:
[m]=m0×Ka×Cw/η0=3.0×1.2×1.8/0.9=7.2
式中,m0——基本安全系數(shù),取3.0;Ka——?jiǎng)虞d荷系數(shù)為1.2;Cw——附加彎曲身長(zhǎng)折算系數(shù)為1.8;η0——接頭效率,取0.9。
2)膠帶實(shí)際安全系數(shù):
m=Sn/Smax=4116000/504221=8.16>[m]=7.2,Sn 膠帶破斷力,合格。
1)拉緊力 T:T=2×S4=2×9649=19298(N)
2)拉緊行程 l:l=L×(ε+εt)+ln=1310(0.0025+0.001)+(3.5+1)=9m,
式中,L——膠帶機(jī)總長(zhǎng)為1310m;ε——膠帶彈性繩長(zhǎng)率和永久伸長(zhǎng)率為0.0025;εt——膠帶載托輥組之間垂度率為0.001;ln——一個(gè)接頭長(zhǎng)度再加1m;根據(jù)計(jì)算,選取拉緊行程為12m。
1)逆止力
FBN≥1.5(FStmax-FHmin)
FHmin=flg[qt+(2q0+q)cosβ]=0.02×1310×9.8×[36.83+(2×54.24+79.86)cos14.5°]=70343(N)
FStmax=gqH=9.8×79.86×1310×sin14.5°=256700(N)
∴ FBN≥1.5×(256700-70343)=279535.6(N)。
2)逆止力矩
FBN×1.6/2=224(kN·m)。
1)傳動(dòng)滾筒直徑
D≥C0δ=150×0.00918=1.9(m),(其中 C0=150,δ=0.00918)
2)改向滾筒的直徑
1)F合Ⅰ=S1+S2=504221+331977=836198(N)≈384t
2)F合Ⅱ=S2+S3=331977+159733=491710N≈49t
3)F合Ⅲ≈2S3=320000N=32t
4)F合Ⅳ=T=2S=19298N≈2t
5)F合Ⅴ=113.7kN≈11.4t
計(jì)算參數(shù) B=1600,V=5m/s,F合I=1700kN,
軸承中心距 L=185cm,滾筒直徑D=1600,受力如圖2所示。
圖2 卸載滾筒受力圖
1)根據(jù)輪處轉(zhuǎn)角確定d0
其中E彈性摸量=2.1×106,取d0=36cm
2)根據(jù)軸承處的轉(zhuǎn)角選d1
3)軸的強(qiáng)度計(jì)算、校核d0處的彎曲應(yīng)力[δ]=500kg/cm24)軸的鋼度計(jì)算
fT:溫度系數(shù) fT=1,工作溫度 T≤100℃
fh:速度系數(shù) fh=0.896
fh:壽命系數(shù) fh=3.98,按Ln=50000小時(shí)
fF:負(fù)荷系數(shù) fF=1.3,輕型沖擊
選 SKF 23288cA/w33,動(dòng)負(fù)荷11400kN,靜負(fù)荷9700kN。
根據(jù)上述計(jì)算確定該皮帶機(jī)型號(hào)DTL160/230/4×1500S。參數(shù)如下:(1)輸送量 2300t/h;(2)輸送長(zhǎng)度 1491m;(3)膠帶速度 5m/s;(4)輸送機(jī)傾角16°;(5)傳動(dòng)滾筒直徑 φ2000mm;(6)改向滾筒直徑 φ1800,φ1600;(7)托輥直徑 φ194mm;(8)輸送帶規(guī)格 ST3500 帶寬1600mm;(9)主電機(jī)型號(hào) Z710-400,功率 4×1500kW,轉(zhuǎn)速 680r/mim,電壓 750 V;(10) 減速器型號(hào):ML2PSF140, 速比 i=14;(11) 盤(pán)型制動(dòng)器型號(hào)KPZ-III-1800/258.7;(12)逆止器型號(hào):DSN1000,逆止力矩 330kN.m;(13)張緊裝置:機(jī)尾重錘車(chē)。
從圖1和以上計(jì)算可以看出,機(jī)頭架即作為卸載架也作為傳動(dòng)架之一,受力是整部輸送機(jī)中結(jié)構(gòu)受力最大的,合張力達(dá)近85t。其受力已超過(guò)DX型定型部件的最高值。結(jié)合多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和機(jī)架受力設(shè)計(jì)繪制出新的卸載傳動(dòng)架圖。由于鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及鋼度校核是一項(xiàng)很復(fù)雜的計(jì)算進(jìn)行機(jī)架強(qiáng)度及鋼度校核,委托中國(guó)礦業(yè)大學(xué),運(yùn)用最新的ANSYS軟件技術(shù),對(duì)機(jī)架進(jìn)行了靜力分析,得到機(jī)架應(yīng)力及位移大小,從而進(jìn)行了科學(xué)可靠的強(qiáng)度及鋼度校核。根據(jù)分析報(bào)告和提出的改進(jìn)措施,做了改進(jìn),使得機(jī)架結(jié)構(gòu)更合理,強(qiáng)度更高。
在設(shè)計(jì)過(guò)程中,不僅對(duì)受力較大的主要元部件進(jìn)行計(jì)算、驗(yàn)算、校核、選型,同時(shí)對(duì)所需選用的所有元部件,都從性能、強(qiáng)度、壽命、方便安裝、維修等方面考慮,反復(fù)比較,更科學(xué)合理的選用,使整機(jī)性能更優(yōu)良。
在兩個(gè)主傳動(dòng)滾筒上安裝了測(cè)速編碼器,配合PLC控制的使用,對(duì)整機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與監(jiān)控。讓每個(gè)元部件都方便安裝和維修,提高安全可靠性,延長(zhǎng)使用壽命。在滾筒與減速器之間的聯(lián)軸器上采用了脹緊聯(lián)結(jié)套聯(lián)接,克服了傳統(tǒng)的鍵聯(lián)接可能出現(xiàn)的滾鍵現(xiàn)象,大大提高了減速器和滾筒使用壽命,而且拆裝相當(dāng)方便,減小了安裝和維修的勞動(dòng)強(qiáng)度,節(jié)省了安裝時(shí)間,同時(shí)使大扭矩傳遞時(shí)更可靠。
為了提高安裝精度,將電機(jī)、減速器、制動(dòng)器置于一個(gè)整底座,使得整個(gè)驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)滾筒聯(lián)接同心度更高,安裝更方便。在電機(jī)與減速器的聯(lián)接上,選用了蛇形彈簧聯(lián)軸器,其是在兩半聯(lián)軸器的凸緣上加工出特定形狀的齒,齒槽之間嵌有彎曲的彈簧片,工作時(shí),通過(guò)彈簧片傳遞轉(zhuǎn)矩,其外形尺寸小,減震效果好,性能更可靠。
該機(jī)于2013年8月俄霍布拉克煤礦主斜井順利安裝、調(diào)試,經(jīng)過(guò)空載運(yùn)行、負(fù)載運(yùn)行,正式投入生產(chǎn),通過(guò)對(duì)該機(jī)測(cè)試,各項(xiàng)性能參數(shù)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求,同時(shí)由于選用了性能穩(wěn)定的調(diào)壓直流電機(jī)軟啟動(dòng),可以能很好地控制起動(dòng)加速度使得整機(jī)啟動(dòng)、運(yùn)行平穩(wěn),無(wú)沖擊;雖然帶速達(dá)到每秒5m,該機(jī)在輕載、半載和滿(mǎn)載時(shí),無(wú)論是起動(dòng)、運(yùn)行、制動(dòng)、靜止?fàn)顟B(tài),都能使物料在輸送帶上保持穩(wěn)態(tài)運(yùn)行;制動(dòng)和逆止動(dòng)作靈敏可靠;滾筒托輥運(yùn)轉(zhuǎn)靈活;受力近百?lài)嵉男遁d架結(jié)實(shí)穩(wěn)固;控制系統(tǒng)操作方便;各種保護(hù)運(yùn)行正常,實(shí)現(xiàn)了大功率的帶式輸送機(jī)運(yùn)輸。目前已實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸原煤30000t/d,為實(shí)現(xiàn)1000萬(wàn)t/a的生產(chǎn)能力提供了運(yùn)輸保證。