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）

0 概述

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。

1 參數(shù)和機(jī)型確定

1.1 參數(shù)確定

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。

1.2 機(jī)型確定

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。

2 整機(jī)主要組成

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。

3 設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 已知參數(shù)

（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

3.2 主要參數(shù)的確定

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。

3.3 傳動(dòng)滾筒圓周力和軸功率計(jì)算

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。

3.4 輸送帶各點(diǎn)張力計(jì)算

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)。

3.5 膠帶強(qiáng)度校核

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。

3.6 拉緊力和拉緊行程確定

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。

3.7 逆止力及逆止力矩

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）。

3.8 滾筒直徑

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

3.9 各滾筒合力

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

3.10 卸載滾筒筒皮厚度計(jì)算

3.11 卸載滾筒軸的校核

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

3.12 滾動(dòng)軸承的選擇計(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。

4 主要技術(shù)特征參數(shù)確定

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)。

5 卸載架傳動(dòng)的校核

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。

6 改進(jìn)型元部件的選用

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。

7 應(yīng)用效果分析

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。