顧 瀟

（昆明煤炭設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650051）

0 引言

帶式輸送機(jī)是當(dāng)前運(yùn)送裝載散裝貨物應(yīng)用最為廣泛的機(jī)械設(shè)備，具有運(yùn)力大、效率高、靈活移動(dòng)、綜合效益好等諸多優(yōu)點(diǎn)。露天煤礦應(yīng)用帶式輸送機(jī)可大大增加煤炭產(chǎn)量，而且簡(jiǎn)化運(yùn)輸流程，實(shí)現(xiàn)挖、運(yùn)、裝流水線作業(yè)。隨著開(kāi)挖和裝載設(shè)備的大型化，對(duì)帶式輸送機(jī)的要求也相應(yīng)提高，因此各種參數(shù)必須要合理匹配實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合。

1 工程概況

云南省先鋒露天煤礦為一座省屬?lài)?guó)有重點(diǎn)露天礦，位于昆明市尋甸縣先鋒鎮(zhèn)境內(nèi)，煤礦開(kāi)采境界東西長(zhǎng)2.65km，南北寬1.95km，面積4.05km2；先鋒露天煤礦所在松樹(shù)地井田探明資源量22252.7萬(wàn)t，擴(kuò)建工程開(kāi)采境界內(nèi)設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量為157.00Mt，平均剝采比2.97m3/t。

該露天煤礦擴(kuò)建工程采煤開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)為：采場(chǎng)煤通過(guò)自卸汽車(chē)，由南幫的移動(dòng)出入溝運(yùn)至東幫坑下棧橋，篩分后通過(guò)帶式輸送機(jī)運(yùn)至地面生產(chǎn)系統(tǒng)儲(chǔ)煤倉(cāng)。

2 帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)及布置方式分析

2.1 帶式輸送機(jī)主要結(jié)構(gòu)

1）輸送帶。輸送帶承載運(yùn)輸褐煤，并且它們之間的摩擦力是運(yùn)輸完成的動(dòng)力，因此需要輸送帶具有滿足要求的強(qiáng)度、粗糙度。目前輸送帶材質(zhì)種類(lèi)包含三類(lèi)：整體芯、分層織物芯、鋼絲繩芯。由于煤礦對(duì)輸送帶強(qiáng)度要求高，因此多選擇鋼絲繩芯。受制于制造工藝，目前每段輸送帶長(zhǎng)度一般控制在200m以下，每段之間通過(guò)機(jī)械或硫化方法連接[1]。

2）托輥與驅(qū)動(dòng)裝置。托輥支撐皮帶平穩(wěn)運(yùn)行，根據(jù)托輥用途不同可劃分為：承載托輥、回程托輥、緩沖托輥、調(diào)偏托輥四類(lèi)。

驅(qū)動(dòng)裝置根據(jù)位置不同可分為：頭部驅(qū)動(dòng)、頭尾驅(qū)動(dòng)、多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)三類(lèi)（見(jiàn)圖1）。由于先鋒煤礦輸送距離較長(zhǎng)，且承載重量較大，因此采用多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方式，其中主驅(qū)動(dòng)安裝在卸載端[2]。

圖1 帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)位置

3）拉緊裝置。拉緊裝置是保證皮帶具有一定張力，可保證皮帶和滾動(dòng)之間產(chǎn)生較大摩擦力。為了使拉緊力利用率最高，拉緊裝置一般設(shè)計(jì)在驅(qū)動(dòng)滾筒松邊位置，可分為固定式和自動(dòng)式，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用自動(dòng)式。

2.2 帶式輸送機(jī)布置原則

由于適用場(chǎng)合存在不同，帶式輸送機(jī)布置方式也需要靈活調(diào)整，其主要應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則：

1）當(dāng)帶式輸送機(jī)經(jīng)過(guò)較大的凸、凹地段時(shí)，會(huì)容易出現(xiàn)跑偏、脫帶事故，此時(shí)要求輸送機(jī)盡可能呈直線布置[3]；

2）若輸送機(jī)采用雙滾筒驅(qū)動(dòng)，應(yīng)避免輸送機(jī)呈“S”型布置，否則會(huì)降低皮帶壽命及摩擦力效率；

3）若采用多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方式，應(yīng)根據(jù)“等驅(qū)動(dòng)功率單元法”進(jìn)行分配，滾筒上的圍包角也應(yīng)遵循“圓周力分配要求”，最有布置方案可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。

3 帶式輸送機(jī)重要參數(shù)設(shè)計(jì)分析

3.1 先鋒露天煤礦帶式輸送機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

3.1.2 帶式輸送機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

1）生產(chǎn)能力為1360t/h。

2）褐煤松散容重取0.75t/m3。

3）帶式輸送機(jī)計(jì)算按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO5048執(zhí)行。

4

）褐煤動(dòng)堆積角取20°。

5）帶式輸送機(jī)槽角取35°。

表1 先鋒露天煤礦帶式輸送機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表

3.2 輸送機(jī)運(yùn)送能力計(jì)算

帶式輸送機(jī)的運(yùn)送能力Q可按照式（1）計(jì)算[4]，根據(jù)公式可知除了A以外，其他幾個(gè)參數(shù)是固定的，而影響A的因素包括：皮帶槽形、托輥傾角、皮帶寬度等。

式中：A為皮帶承載物料的橫斷面面積，m2；v為皮帶速度，m/s；ρ為物料密度，kg/m3；η 為傾斜輸送機(jī)折減系數(shù)（見(jiàn)表1）。

表1 傾斜角度和折減系數(shù)參考值

皮帶槽形分析。根據(jù)先鋒煤礦的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，在此主要針對(duì)以下三種類(lèi)型皮帶槽形的物料橫斷面面積進(jìn)行計(jì)算[5]。

1）雙托輥“V型槽”。雙托輥“V型槽”結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)下圖2，物料橫斷面A由A1、A2兩部分構(gòu)成，計(jì)算公式見(jiàn)（2）。根據(jù)日常經(jīng)驗(yàn)，β取值在15-30°，λ取值20-40°。

式中：b為皮帶有效長(zhǎng)度，m；Β 為托輥傾斜角，°；Λ為物料安息角，°。

圖2 雙托輥“V型槽”

2）三托輥“梯形槽”。三托輥“梯形槽”其本質(zhì)是“V形槽”的改進(jìn)，結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖3。改變了托輥長(zhǎng)度和節(jié)數(shù)，但大大增加了皮帶的耐久度，而且輸送能力顯著提高。物料橫斷面A由A1、A2兩部分構(gòu)成，計(jì)算公式見(jiàn)（3）[6]。

式中：b1為皮帶有效長(zhǎng)度，m；a1為傾斜托輥長(zhǎng)度，m。

圖3 三托輥“梯形槽”

3）深槽角“半圓形槽”。深槽角“半圓形槽”是結(jié)合了“梯形槽”和“V形槽”的優(yōu)點(diǎn)，具有更大的運(yùn)輸能力，而且有效減少了物料的外溢，對(duì)陡坡、曲線等具有更好的適應(yīng)性。雖然單位長(zhǎng)度成本較高，但是維護(hù)費(fèi)用低，且拆卸容易。其物料橫斷面面積A計(jì)算見(jiàn)公式（4）。

式中：r為半圓的半徑，m。

圖4 深槽角“半圓形槽”

通過(guò)對(duì)比分析，能使物料橫斷面達(dá)到最大值的為三托輥“梯形槽”，但是會(huì)使大部分物料載荷集中在底部托輥上，而且對(duì)較差地段適應(yīng)性較差，物料有外溢問(wèn)題。經(jīng)過(guò)綜合分析：深槽角“半圓形槽”在運(yùn)量、皮帶壽命、整體穩(wěn)定性上均具有較大優(yōu)勢(shì)，因此先鋒煤礦設(shè)計(jì)采用該帶式輸送機(jī)。

3.3 帶式輸送機(jī)爬坡能力計(jì)算分析

帶式輸送機(jī)爬坡能力對(duì)于輸送機(jī)布置有著決定性影響，進(jìn)而影響整體運(yùn)煤效率和成本。要求盡可能適應(yīng)較大爬坡，而且物料不發(fā)生滑移和外溢問(wèn)題。影響爬坡的參數(shù)包括：摩擦系數(shù)、皮帶速度、托輥間距等，主要可以通過(guò)減小托輥間距來(lái)人為增加帶式輸送機(jī)爬坡能力。

1）托輥轉(zhuǎn)速計(jì)算。理論上托輥轉(zhuǎn)速越快，輸送機(jī)的效率越高，但會(huì)造成物料與皮帶之間的靜摩擦力越容易轉(zhuǎn)化為動(dòng)摩擦力，導(dǎo)致物料滑移，大大降低運(yùn)輸效率。相關(guān)研究表明托輥的轉(zhuǎn)速應(yīng)小于600r/min。而在此可以通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式（5）來(lái)確定托輥轉(zhuǎn)速n與其他參數(shù)之間的關(guān)系。最終確定本項(xiàng)目托輥轉(zhuǎn)速n=180-200r/min。

式中：v為帶式輸送機(jī)速度，m/min；D為托輥直徑，m。

2）托輥間距計(jì)算。托輥間距若過(guò)大，則會(huì)導(dǎo)致兩托輥間皮帶垂度過(guò)大，物料外溢概率增大，若間距過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致制造和運(yùn)行成本增加。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮輸送帶的垂直下降距離y滿足要求，計(jì)算公式見(jiàn)（6）。經(jīng)計(jì)算，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)托輥間距為1.2m。

式中：S為托輥間距，m；Wb為單位長(zhǎng)度輸送帶重量，kg/m；Wm為單位長(zhǎng)度物料重量，kg/m；T為輸送帶張力，N。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)計(jì)算分析深槽角“半圓形槽”帶式輸送機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)陡坡、曲線等地形要求的帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)中具有更好的適應(yīng)性。雖然單位長(zhǎng)度成本較高，但是維護(hù)費(fèi)用低，且拆卸容易，運(yùn)量完全滿足工況的要求，不易發(fā)生煤炭外溢等問(wèn)題，使整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，設(shè)備日常維護(hù)費(fèi)用較少，相信在以后的礦山帶式輸送機(jī)的整機(jī)設(shè)計(jì)中和已有生產(chǎn)工藝系統(tǒng)的升級(jí)改造中會(huì)取得很好的實(shí)際運(yùn)用及經(jīng)濟(jì)效益。