郭曉剛

(中國(guó)煤炭科工集團(tuán) 北京華宇工程有限公司,北京 100120)

中部驅(qū)動(dòng)在大型可伸縮帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

郭曉剛

(中國(guó)煤炭科工集團(tuán) 北京華宇工程有限公司,北京 100120)

基于長(zhǎng)距離可伸縮帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì),要受到礦井工作面自然條件、巷道的長(zhǎng)度、采煤工作面運(yùn)量等諸多因素的制約,且順槽帶式輸送機(jī)長(zhǎng)度的合理選擇,對(duì)井下采區(qū)劃分至關(guān)重要。介紹了大型可伸縮帶式輸送機(jī)的典型應(yīng)用,為廣大設(shè)計(jì)同行今后的設(shè)計(jì)工作提供借鑒。

中部驅(qū)動(dòng);長(zhǎng)距離;可伸縮帶式輸送機(jī)

1 可伸縮帶式輸送機(jī)原理

可伸縮帶式輸送機(jī)與普通帶式輸送機(jī)的工作原理一樣,都是以輸送帶作為牽引承載機(jī)構(gòu)的連續(xù)輸送設(shè)備,它與普通帶式輸送機(jī)相比增加了儲(chǔ)帶裝置、輸送帶收放裝置、自移機(jī)尾等?？缮炜s帶式輸送機(jī)原理,見(jiàn)圖1。

圖1 可伸縮帶式輸送機(jī)原理圖1-卸載滾筒;2-傳動(dòng)滾筒;3-傳動(dòng)滾筒;4-儲(chǔ)帶倉(cāng);5-自移機(jī)尾Fig.1 Schematic Diagram of retractable belt conveyor(1. unloading roller; 2. driving roller; 3. driving roller; 4. belt storage device; 5. self-moving tail)

可伸縮帶式輸送機(jī)包含7個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù):1)動(dòng)態(tài)分析與監(jiān)控技術(shù);2)軟起動(dòng)與功率平衡技術(shù);3)中部驅(qū)動(dòng)技術(shù);4)自動(dòng)張緊技術(shù);5)高速托輥技術(shù);6)自移機(jī)尾技術(shù);7)高效儲(chǔ)帶技術(shù)。

在煤礦采區(qū)工作面設(shè)計(jì)中,順槽可伸縮帶式輸送機(jī)的長(zhǎng)度往往影響著工作面的數(shù)量及布置方式,因此合理選擇順槽可伸縮帶式輸送機(jī)的長(zhǎng)度至關(guān)重要。而順槽輸送機(jī)長(zhǎng)度受到輸送帶強(qiáng)度和工作環(huán)境的限制,不能無(wú)限增大,只能通過(guò)中部多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方式來(lái)解決長(zhǎng)距離輸送物料問(wèn)題。

目前中部驅(qū)動(dòng)的方式主要有三種:直線(xiàn)摩擦式、鋼絲繩牽引式和滾筒卸載式。滾筒卸載式相較其它兩種具有:驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝方便、便于布置、制造成本低等特點(diǎn),故成為煤礦工作面順槽可伸縮帶式輸送機(jī)的首選方案。

現(xiàn)結(jié)合本人的設(shè)計(jì)實(shí)踐,探討采用滾筒卸載式中部驅(qū)動(dòng)時(shí),驅(qū)動(dòng)裝置的安裝位置及輸送帶張力的計(jì)算。

2 中部驅(qū)動(dòng)點(diǎn)的設(shè)置

2.1中部驅(qū)動(dòng)點(diǎn)的數(shù)量

根據(jù)煤礦井下工作面的生產(chǎn)實(shí)際,工作面需定期“搬家”,作為工作面主運(yùn)輸設(shè)備的順槽可伸縮帶式輸送機(jī)拆裝較頻繁,為適應(yīng)此種工況,設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減少中部驅(qū)動(dòng)點(diǎn)的個(gè)數(shù),通常僅布置一個(gè)中部驅(qū)動(dòng)點(diǎn)。

2.2中部驅(qū)動(dòng)點(diǎn)的位置

順槽帶式輸送機(jī)的輸送帶采用PVG/PVC型,這種輸送帶的優(yōu)點(diǎn)是膠帶接頭用卡子結(jié)合,便于帶式輸送機(jī)的伸長(zhǎng)與縮短。當(dāng)帶式輸送機(jī)選型計(jì)算時(shí),必須滿(mǎn)足規(guī)范要求的安全系數(shù),而受輸送帶帶強(qiáng)、帶速的限制,順槽帶式輸送機(jī)不能無(wú)限制加長(zhǎng)。

目前國(guó)內(nèi)此種輸送帶可用到PVG/PVC 2500S(帶強(qiáng)2 500 N/mm),順槽帶式輸送機(jī)的帶速v≤4.5 m/s。通過(guò)大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出:中部驅(qū)動(dòng)點(diǎn)的位置距離頭部機(jī)頭L/3～L/2處。

3 算例

圖2為陜西德源府谷能源有限公司三道溝煤礦建設(shè)工程85201順槽帶式輸送機(jī)簡(jiǎn)圖,以此輸送機(jī)為例進(jìn)行計(jì)算。

圖2 85201順槽帶式輸送機(jī)簡(jiǎn)圖Fig.2 Belt conveyor diagram of 85201 gateway

帶式輸送機(jī)基本參數(shù)如下:運(yùn)量Q=4 000 t/h;帶寬B=1 600 mm;運(yùn)行速度v=4.5 m/s;機(jī)長(zhǎng)L=4 600 m;中部驅(qū)動(dòng)位置Ln=2 300 m;傾角α=0.3°;凈高差ΔH=25 m;初選輸送帶強(qiáng)度PVG 2 500 N/mm;托輥運(yùn)行阻力系數(shù)f=0.03;傳動(dòng)滾筒摩擦系數(shù)μ=0.3;上托輥間距ao=1.2 m;下托輥間距au=3 m;每米承載托輥轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量qRO=31.98 kg/m;每米回程托輥轉(zhuǎn)動(dòng)重量qRU=11.17 kg/m;每米物料質(zhì)量qG=246.91 kg/m;每米輸送帶質(zhì)量qB=23.2 kg/m;附加阻力系數(shù)C=1.02;重力加速度g=10 m/s2。

1)圓周驅(qū)動(dòng)力計(jì)算:

本帶式輸送機(jī)最危險(xiǎn)工況為:全程有煤工況。

此時(shí)主要阻力FH=473 kN;特種主要阻力FS1=25 kN;特種附加阻力FS2=1.5 kN;傾斜阻力Fst=60 kN;圓周驅(qū)動(dòng)力Fu=C·FH+FS1+FS2+Fst=569 kN。

2)電動(dòng)機(jī)功率:

帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行時(shí)滾筒總的軸功率:

PA=Fuv=2 561 W.

驅(qū)動(dòng)裝置為5驅(qū)(2∶1+1∶1),驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需驅(qū)動(dòng)功率:

PM=PA/η/5=618 kW.

式中:η為總傳動(dòng)效率,取0.83。實(shí)際選擇電機(jī)功率N=710 kW,滿(mǎn)足要求。

3)輸送帶張力計(jì)算:

該輸送機(jī)按照頭部三傳動(dòng)滾筒三電機(jī)+中部二傳動(dòng)滾筒二電機(jī)驅(qū)動(dòng)(功率配比2∶1+1∶1)計(jì)算。令第I傳動(dòng)滾筒的圍包角:α1=170°,eμα1=2.44(μ=0.3);第II傳動(dòng)滾筒的圍包角:α2=170°,eμα2=2.44(μ=0.3);第III傳動(dòng)滾筒的圍包角:α3=170°,eμα3=2.44(μ=0.3);假設(shè)第Ⅳ傳動(dòng)滾筒的圍包角用足,即α4=200°,eμα4=2.85,FU4=FU/5=114 kN。

假設(shè)輸送帶不打滑,則最小張力為:

S5≥KA·FU4/(eμα4-1),啟動(dòng)系數(shù)KA=1.05(CST 軟起動(dòng));

S5=65 kN;

S4-5=KA·FU/5+S5=185 kN;

S4=KA·FU/5+S4-5=305 kN;

尾部張力S3=S4-(FH-G1X+FH-B1x+FH-Rox+Fst-G1x+Fst-B1X+Fε-B1x+Fε-G1x)=18 kN;

S2=S3-(FH-B2+FH-RU+Fst-B2+Fε-B2)=

-29 kN;

S1-2=KA·FU/5+S2=91 kN;

S1=KA·2FU/5+S1-2=331 kN。

按輸送帶允許最大下垂度計(jì)算最小張力:

承載分支:Smin≥ao(qB+qG)g/8(h/a)max=41 kN;回程分支:Smin≥auqBg/8(h/a)max=8.7 kN;取(h/a)max=0.01,ao=1.2 m,au=3 m.

可見(jiàn),輸送帶張力不滿(mǎn)足下垂度要求,返算結(jié)果得:

S1=435 kN,S1-2=200 kN,S2=84 kN,S3=130 kN;S4=410 kN;S4-5=293 kN,S5=175 kN。

驗(yàn)算不打滑條件:

S1/S1-2=435/200=2.18

S1-2/S2=200/84=2.38

S4/S4-5=410/293=1.40

S4-5/S5=293/175=1.68

可得,各點(diǎn)張力均滿(mǎn)足下垂度、不打滑驗(yàn)算要求。

4)輸送帶安全系數(shù)計(jì)算:

安全系數(shù)n=BSt/S1=1 600×2 500/435 000=9.2.

可見(jiàn),安全系數(shù)在許用值范圍內(nèi),輸送帶強(qiáng)度選用PVG 2500S滿(mǎn)足要求。

5)其他有關(guān)計(jì)算從略。

6)選型結(jié)果:

帶式輸送機(jī)技術(shù)參數(shù)為:

Q=4 000 t/h,B=1 600 mm,v=4.5 m/s,α≈0.3°,L≈4 600 m,帶強(qiáng)為PVG 2 500 N/mm整體帶芯阻燃輸送帶。傳動(dòng)滾筒直徑為1 250 mm,驅(qū)動(dòng)型式為頭部二傳動(dòng)滾筒三電機(jī)+中部二傳動(dòng)滾筒二電機(jī)驅(qū)動(dòng)(配比2∶1+1∶1),采用CST可控軟啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(CST750KS-22.12,5臺(tái)),電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YB25003-4型(防爆型)(710 kW,10 kV),5臺(tái)。采用頭部液壓自動(dòng)拉緊方式,拉緊裝置型號(hào)ZYL500J(05-600)SH,N=30 kW,660/1 140 V(防爆)。

4 結(jié)束語(yǔ)

中間驅(qū)動(dòng)技術(shù)是大型可伸縮帶式輸送機(jī)最有效的驅(qū)動(dòng)技術(shù)。它主要是把輸送機(jī)的一部分功率分散到帶式輸送機(jī)的各個(gè)驅(qū)動(dòng)點(diǎn),從而降低輸送帶運(yùn)行的最大張力,降低輸送帶強(qiáng)度,減少元部件的單機(jī)驅(qū)動(dòng)功率,節(jié)省成本,提高輸送機(jī)的輸送能力。

長(zhǎng)距離、大運(yùn)量可伸縮帶式輸送機(jī)最佳中部驅(qū)動(dòng)方式是滾筒卸載式。中部驅(qū)動(dòng)技術(shù)可大幅降低輸送帶張力,尤其對(duì)近水平或微傾角帶式輸送機(jī)效果更加明顯。該驅(qū)動(dòng)方式的成功應(yīng)用,取得了一定經(jīng)驗(yàn),值得在煤礦井下大型可伸縮帶式輸送機(jī)上推廣使用。

[1] 北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所．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] GB 50431-2008,帶式輸送機(jī)工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].中國(guó)計(jì)劃出版社，2013.

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LI Shizhong.Design and Selection of the Long Distance and Large Capacity Telescopic Belt Conveyor[J].Coal Machinery,2005(11):34-36.

DesignandApplicationonCentralDriveinLargeRetractableBeltConveyor

GUOXiaogang

(BeijingHuayuEngineeringCo.Ltd.,ChinaCoalTechnologyandEngineeringGroup,Beijing100120,China)

The design of long-distance retractable belt conveyor is subject to many factors,including natural conditions of working face,roadway length,and the traffic volume.The reasonable selection of the length of the gateway retractable belt conveyor is critical for the division of mining areas.The paper introduces some typical applications of the large retractable belt conveyor,which could be useful for the similar design.

central drive; long-distance; retractable belt conveyor

1672-5050(2017)04-0037-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.08.011

2017-06-08

郭曉剛(1985-),男,黑龍江哈爾濱人,大學(xué)本科,工程師,從事礦井機(jī)制工作。

TP3

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(編輯:薄小玲)