吳旭琦

（晉煤集團金鼎煤機礦業(yè)有限責任公司， 山西 晉城 048006）

引言

現(xiàn)階段，煤炭運輸通常是利用長距離皮帶機來實現(xiàn)[1-2]。隨著國內(nèi)外學者對皮帶機技術(shù)的不斷研究，使其獲得了快速發(fā)展，并表現(xiàn)為如下兩個特征：第一，皮帶機具備多種功能[3-4]，應(yīng)用范圍非常廣，可充分滿足多方面應(yīng)用需求；第二，皮帶機的運行設(shè)備技術(shù)獲得了明顯進步。皮帶機的運行需要很大的啟動與運行功率，控制難度較大，特別是遇到高載荷條件時更加難以對系統(tǒng)進行準確控制；由于會造成功率的大量消耗，無法實現(xiàn)良好節(jié)能效果；同時，該設(shè)備在運行階段會在托輥上發(fā)生振動，造成物料灑落浪費，提高了清理難度，需要投入較大的人工成本進行現(xiàn)場維護[5-6]。

這類皮帶機通常被應(yīng)用在煤礦井中，需注意以下幾個特點[7-8]：第一，煤礦井下部作業(yè)空間較小，巷道結(jié)構(gòu)變化較明顯；第二，運輸物料具有較大外形尺寸，每次的運輸量也很大，通常需達到近5 000 t/h，形成不均勻的載荷分布狀態(tài)；第三，需做好煤礦井的防爆措施，采用合適的起動方式；第四，安裝條件難以實現(xiàn)。根據(jù)上述分析可知，當在煤礦井使用這種皮帶時，還應(yīng)設(shè)置更多的針對性改進措施。

1 大運量、長距離皮帶機整體的設(shè)計

本皮帶機需滿足長距離與大運量的要求，總運輸長度為6.36 km，至少要達到5 000 t/h的運輸能力，表1給出了皮帶機配置表。

應(yīng)選擇最優(yōu)方案來實現(xiàn)皮帶機的理想運行狀態(tài)，對于皮帶機具有關(guān)鍵影響的因素是要有效控制輸送帶的張力，以此保證皮帶機的穩(wěn)定安全運行。為盡量減小膠帶的張力，本實驗運用頭尾多點驅(qū)動的模式，確保皮帶機可以在所有工況下實現(xiàn)平穩(wěn)停車的控制過程。

本機選擇液壓自動拉緊裝置來實現(xiàn)張緊的功能，形成穩(wěn)定的張緊拉力作用，從而對膠帶的彈性變化起到補償效果，采用這種方式進行控制的結(jié)構(gòu)較為簡單，便于維護，可以獲得良好的效果。

表1 皮帶機配置表

綜合分析上述各個方案可知，選擇輪式皮帶機時能夠使運行功率減小近50%。

該設(shè)備的結(jié)構(gòu)是通過螺栓將輪軸固定于具有波浪形的輸送基帶上。以工程塑料作為制作輪子的材質(zhì)，通過鋼絲繩與軌道來控制其運行過程，由此實現(xiàn)波狀擋邊輸送帶和物料共同運動，從而完成物料輸送。該皮帶機是利用摩擦力作用來實現(xiàn)驅(qū)動的功能，沒有設(shè)置托輥結(jié)構(gòu)，可以有效降低運行阻力，使輪子和軌道以及鋼絲繩只形成滾動接觸。隨著功率的降低，輸送帶的張力也會變小，實現(xiàn)良好的節(jié)能效果。

輪式皮帶機具備以下技術(shù)特征：首先，因為輪式皮帶機可以在較低的運輸阻力下運行，因此更加適合將其應(yīng)用于長距離皮帶機，確保整機裝機功率相對常規(guī)皮帶機低30%以上，顯著減小后續(xù)運行成本；其次，運用大跨度的支撐結(jié)構(gòu)，通?？梢赃_到500 m左右，能夠在具有復雜地形的條件下完成物料運輸，同時顯著降低支柱的數(shù)量并大幅壓縮工期，使土建成本得到有效控制；最后，滾輪材質(zhì)為高分子，可降低運行噪聲并減少設(shè)備維護量，實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的作用，符合當前的國家發(fā)展政策。

采用該方案設(shè)置的皮帶機面臨的最大問題是遇到冬天較冷的天氣時，非常容易在膠帶波紋擋邊部位發(fā)生結(jié)冰，從而影響運行過程。

利用巡檢小車對輪式皮帶機進行日常狀態(tài)檢查與維護，小車的行走通過頂端鋼絲繩軌道完成，對小車結(jié)構(gòu)進行分析可以發(fā)現(xiàn)，在中部未設(shè)置托輥中間架，巡檢時只對鋼絲繩與吊架實施維護，考慮到滾輪跟膠帶共同前進，因此可以在機頭尾區(qū)域進行更換，操作過程非常容易完成，從而極大降低了系統(tǒng)維護工作量，使維護成本得到有效控制。

2 主要部件的設(shè)計

2.1 驅(qū)動部件的設(shè)計

本皮帶機的驅(qū)動結(jié)構(gòu)包含了電動機、減速器、液黏軟啟動等多個部分。其中，驅(qū)動底座安裝了電動機、減速器、軟啟動，利用聯(lián)軸器來實現(xiàn)軟啟動與其他結(jié)構(gòu)的連接。

本皮帶機的關(guān)鍵驅(qū)動結(jié)構(gòu)為軟啟動，同時應(yīng)符合兩項條件：

1）確保皮帶機在所有工況下都能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)啟動，使膠帶動態(tài)張力明顯減小；

2）當皮帶機處于正常運行狀態(tài)下時，能夠精確控制電機功率。

本機通過YNRQD液黏軟起動的方式來實現(xiàn)上述兩項要求，具體結(jié)構(gòu)見圖1，YNRQD液體黏性軟起動設(shè)備是通過液體黏性作用力來完成扭矩傳輸?shù)倪^程，能夠滿足多電動機驅(qū)動狀態(tài)下的電機功率精確控制目標，方便設(shè)備維護，使電機在空載狀態(tài)下依然運轉(zhuǎn)，不需要頻繁啟動電機。

圖1 液黏軟起動結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 制動部件的設(shè)計

當本機達到滿載狀態(tài)時，總質(zhì)量接近2 000 t，經(jīng)過180 s完成自由停車過程，可以通過制動器來縮小停車時間與特定情況的緊急制動。

本機以KZP自冷盤式制動器來實現(xiàn)對皮帶機的制動過程。

分別將其設(shè)置在KZP制動設(shè)施的機頭與機尾。

本機使用KZP1400/4×100制動器，可以形成156 kN·m的制動力矩，具備下述制動功能：

1）必須以0.05～0.16 m/s2減速度才可以完成正常停機；

2）當系統(tǒng)發(fā)生斷電的問題時，能夠完成減速停車控制。

KZP自冷盤式制動器包含了制動機構(gòu)與液壓站兩個部分，如圖2所示。

圖2 盤式制動器結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 拉緊部件的設(shè)計

從圖3中可以看到對皮帶機進行拉緊控制的電液壓拉緊結(jié)構(gòu)，具備自動控制的功能。在啟動階段拉緊力會逐漸增大，對輸送帶變形進行自動補償，由此確保皮帶安全穩(wěn)定運行。

圖3 拉緊裝置示意圖

3 結(jié)語

針對大運量長距離運輸皮帶機驅(qū)動部件、制動部件以及拉緊部件的設(shè)計研究，對增強大運量長距離運輸皮帶機的設(shè)計能力起到一定的理論支撐，對膠帶的彈性變化起到補償效果。采用這種方式進行控制的結(jié)構(gòu)較為簡單，便于維護，可以獲得良好的效果。