邱毅清，武建新，陳 強(qiáng)，張 涵

(內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 機(jī)械學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

0 引 言

現(xiàn)如今因?yàn)閹捷斔蜋C(jī)具備長(zhǎng)距離持續(xù)運(yùn)輸、運(yùn)作可靠且容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)良特點(diǎn)，如今在各行各業(yè)都被極其普遍的運(yùn)用，特別是在礦山等資源開(kāi)采產(chǎn)業(yè)中。最近幾年，各式各樣的煤礦也越來(lái)越多，使得長(zhǎng)距離、高速度的帶式輸送機(jī)變成了地面和井下原煤的機(jī)電一體化技術(shù)與裝備主要設(shè)備。而且“運(yùn)煤膠帶化”已成為大多數(shù)煤礦的主要發(fā)展方向，使得帶式輸送機(jī)技術(shù)應(yīng)用得到了進(jìn)一步的推廣與發(fā)展。

為了實(shí)現(xiàn)大型帶式輸送機(jī)的高性能、高可靠性，設(shè)計(jì)者和制造商需要解決帶式輸送機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)其中主要包括：動(dòng)態(tài)分析技術(shù)、可控啟動(dòng)技術(shù)、下運(yùn)制動(dòng)技術(shù)、自動(dòng)張緊裝置、中間驅(qū)動(dòng)技術(shù)、高速托輥技術(shù)、電控與監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)以及CST的國(guó)產(chǎn)化技術(shù)。

1 主斜井帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)方案

1.1 原始數(shù)據(jù)及工作條件

煤礦主斜井帶式輸送機(jī)原始參數(shù)如表1所示。

表1 帶式輸送機(jī)原始參數(shù)

1.2 驅(qū)動(dòng)方式的確定

變頻技術(shù)具備良好的軟啟動(dòng)和調(diào)速性能且最終能實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。其優(yōu)點(diǎn)在于能讓啟動(dòng)加速度保持在允許范圍內(nèi)，同時(shí)將啟動(dòng)電流與張力維持在可靠的范圍內(nèi)還能減小輸送帶初張力，并且保證輸送帶不打滑。

所以本次設(shè)計(jì)采用高壓變頻軟啟動(dòng)方式。

1.3 帶強(qiáng)的確定

在運(yùn)送距離，運(yùn)輸數(shù)量等一定的條件下，帶強(qiáng)的大小還與帶寬、帶速、摩擦因數(shù)和輸送安全系數(shù)等有關(guān)[1]。

1.3.1帶寬和帶速的確定

根據(jù)已知的生產(chǎn)能力，帶寬初定為800 mm、1 000 mm、1 200 mm、1 400 mm。而對(duì)于帶速來(lái)說(shuō)，在運(yùn)輸過(guò)程中，物料易滾動(dòng)或者塊度較大以及對(duì)周邊環(huán)境具有較高的要求，所以宜選用較低的帶速。計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 帶速v、帶寬B與輸送能力Q的關(guān)系

表2為帶速v、帶寬B與輸送能力Q的關(guān)系。根據(jù)表2的數(shù)據(jù)可知，在帶速一定的條件下，隨著帶寬的增加，輸送能力也就隨之增大；在帶寬不變的條件下，隨著帶速的增加，輸送能力逐漸變大。在考慮成本的前提下我們選擇帶寬是1 200 mm，帶速是3.15 m/s的輸送機(jī)。

1.3.2模擬摩擦因數(shù)的選取

輸送機(jī)主要阻力包含承載分支的物料、輸送帶移動(dòng)以及所有托輥旋轉(zhuǎn)所出現(xiàn)的阻力總和，而模擬摩擦因數(shù)也屬于其范疇。模擬摩擦因數(shù)的選取如表3所示。

表3 模擬摩擦因數(shù)

考慮帶運(yùn)輸距離為1 000 m，所以盡量選取質(zhì)量較小，阻力較小的托輥，因?yàn)槟M摩擦因數(shù)取0.022[2]。

1.3.3輸送帶安全系數(shù)的確定

根據(jù)G B50431-2008規(guī)定，鋼絲繩芯輸送帶的安全系數(shù)在7～9范圍之間。但結(jié)合實(shí)際情況來(lái)看，選取安全系數(shù)不小于6的輸送帶是最為理想的。

2 帶式輸送機(jī)主要部件的選用

2.1 鋼絲繩芯輸送帶的選取

鋼絲繩芯輸送帶是由許多柔軟的細(xì)鋼絲繩相隔一定的間距排列，用和鋼絲繩有良好粘合性的膠料粘合而成。它既是承載機(jī)構(gòu)，又是牽引機(jī)構(gòu)；其長(zhǎng)度一般為機(jī)身的2倍以上，且成本較高。

本次設(shè)計(jì)的鋼絲繩芯輸送帶采用硫化連接法，其特點(diǎn)是拉伸強(qiáng)度大、抗沖擊性好、使用壽命長(zhǎng)、需要的拉緊裝置行程小、成槽性好、耐曲撓性好；不僅可以滿足煤礦的生產(chǎn)要求，而且硫化連接可以有效的滿足輸送帶在井下的阻燃標(biāo)準(zhǔn)。

在選型計(jì)算中已經(jīng)求得鋼絲繩芯輸送帶的縱向拉伸強(qiáng)度:

根據(jù)《煤礦提升運(yùn)輸與供電》可選取強(qiáng)度為ST4000的鋼絲繩芯輸送帶[4]。

2.2 驅(qū)動(dòng)裝置的選取

驅(qū)動(dòng)裝置是帶式輸送機(jī)的動(dòng)力來(lái)源，其作用主要是將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過(guò)聯(lián)軸器、減速器等傳遞給主動(dòng)滾筒，使之轉(zhuǎn)動(dòng)，并借助滾筒與輸送帶之間的摩擦力，使輸送帶隨之運(yùn)動(dòng)。

為了保證大型帶式輸送機(jī)有充足的啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間，使加、減速度維持在可控的范圍內(nèi)，有效降低張力，可以選擇使用可控驅(qū)動(dòng)裝置。本設(shè)計(jì)選擇CST可控驅(qū)動(dòng)，既能實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)軟起動(dòng)，又能有效的平衡電動(dòng)機(jī)的功率。

本次設(shè)計(jì)由于功率較大，驅(qū)動(dòng)裝置的布置形式是在平行出軸減速器驅(qū)動(dòng)裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行自行設(shè)計(jì)，如圖1所示。

圖1 驅(qū)動(dòng)裝置布置方式 1.傳動(dòng)滾筒 2.聯(lián)軸器 3.減速器 4.制動(dòng)器 5.液力 耦合器 6.電動(dòng)機(jī) 7.逆止器

2.3 滾筒組

滾筒是帶式輸送機(jī)的重要部件，按作用來(lái)分，滾筒可以簡(jiǎn)單的分為傳動(dòng)滾筒、電動(dòng)滾筒和改向滾筒三種。對(duì)于本次的大型帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)，其中包含傳動(dòng)滾筒和改向滾筒。

其結(jié)構(gòu)示意如圖2。

圖2 傳動(dòng)滾筒結(jié)構(gòu)示意圖

2.4 托輥組

托輥的主要用于支承輸送帶，減小其在機(jī)架上的運(yùn)行阻力，并且令輸送帶的垂度維持在一定范圍內(nèi)，保證輸送帶能夠平穩(wěn)的運(yùn)行。托輥的工作狀態(tài)的好壞直接影響到了輸送機(jī)的運(yùn)行效率，且數(shù)量較多，其價(jià)值占據(jù)整機(jī)的20%左右。

由于所選用的鋼絲繩芯輸送帶帶寬B=1 200 mm，在《礦山固定設(shè)備選型手冊(cè)》下冊(cè)中表5-2-37可以選擇[3]。

2.5 拉緊裝置

輸送帶具備足夠的拉緊力是輸送機(jī)能夠安全運(yùn)轉(zhuǎn)的重要前提，而對(duì)于遠(yuǎn)距離、高張力的輸送機(jī)我們盡量要做到在任何的工作條件下都能存在相匹配的拉緊力以滿足運(yùn)行條件，來(lái)提高輸送帶的壽命。

根據(jù)選型設(shè)計(jì)計(jì)算得到的參數(shù)在《礦山固定設(shè)備選型手冊(cè)》下冊(cè)中表5-2-37可以選擇CHD-Ⅱ-3/5/P/B。

2.6 保護(hù)裝置

帶式輸送機(jī)的保護(hù)裝置有防跑偏保護(hù)裝置、防滑保護(hù)裝置、防撕裂保護(hù)裝置以及逆止保護(hù)裝置等。

由選型設(shè)計(jì)計(jì)算得到作用在逆止裝置上的力矩為5 kN·m，在《礦山固定設(shè)備選型手冊(cè)》下冊(cè)中表5-2-88中可以選擇NF型非接觸式逆止器NF63，額定逆止力矩6.3 kN·m，最大質(zhì)量62 kg。

2.7 清掃裝置

清掃裝置主要是對(duì)輸送帶表面的一些物質(zhì)如煤粉等進(jìn)行仔細(xì)的清掃，防止一些物質(zhì)黏結(jié)在滾筒表面，引起輸送帶磨損、跑偏、電動(dòng)機(jī)功率不平衡等。清掃裝置主要包含頭部清掃器和回空段清掃器兩部分，分別用于清掃輸送帶的工作面和非工作面。清掃器的選擇主要取決于帶寬，根據(jù)帶寬B=1 200 mm，在

《礦山固定設(shè)備選型手冊(cè)》下冊(cè)中表5-2-82中可以選擇圖號(hào)為120E11的頭部清掃器，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 頭部清掃器結(jié)構(gòu)示意圖

與頭部清掃器相同，根據(jù)帶B=1 200 mm，在《礦山固定設(shè)備選型手冊(cè)》下冊(cè)中表5-83中可以選擇圖號(hào)為120E21的回程分支清掃器。

3 帶式輸送機(jī)電氣控制系統(tǒng)

帶式輸送機(jī)既可作水平方向的運(yùn)輸，又可作斜井提升。它具有安裝容量大、運(yùn)輸距離長(zhǎng)、維修方便，使用壽命長(zhǎng)、控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、運(yùn)行安全程度高、可連續(xù)運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。因此，帶式輸送機(jī)成為了大型礦井中的十分重要的一種運(yùn)輸方式。

帶式輸送機(jī)電力拖動(dòng)的主要方式有：交流電動(dòng)機(jī)單機(jī)拖動(dòng)、雙電機(jī)拖動(dòng)，直流電動(dòng)機(jī)雙機(jī)拖動(dòng)等。交流拖動(dòng)方式不易調(diào)速，很難完成大功率的提升運(yùn)輸；直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)方式調(diào)速性能好、啟動(dòng)平滑、控制方便，可采用電氣差動(dòng)調(diào)節(jié)張力，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，故多用于大功率提升運(yùn)輸。

4 結(jié) 語(yǔ)

在大型礦井中的帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)具有長(zhǎng)距離、大運(yùn)量、連續(xù)運(yùn)輸，并且運(yùn)行可靠，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、集中化控制的高可靠性的特點(diǎn)。現(xiàn)如今帶式輸送機(jī)是煤礦理想的高效連接運(yùn)輸設(shè)備，隨著我國(guó)煤炭工業(yè)的快速發(fā)展，礦井運(yùn)輸量日益增加，帶式輸送機(jī)的要求會(huì)越來(lái)越多。希望本設(shè)計(jì)可以以后的帶式輸送機(jī)的選型設(shè)計(jì)提供參考。

[1] 趙慶龍.國(guó)內(nèi)大型主斜井帶式輸送機(jī)的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)電，2012(2):28-30.

[2] 任金萍.巴其北三號(hào)礦井主斜井帶式輸送機(jī)主要技術(shù)參數(shù)的確定[J].煤炭工程，2012(S2)：46-47.

[3] 于勵(lì)民，仵自連.礦山固定設(shè)備選型使用手冊(cè)(下冊(cè))[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1989.

[4] 馬維緒.煤礦提升運(yùn)輸與供電(上冊(cè))[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2009.