高 源

（中煤西安設(shè)計工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054）

煤礦通常使用帶式輸送機來完成煤炭的運輸任務(wù)，帶式輸送機逐漸向著長距離、高帶速、大運量方向發(fā)展，致使井下帶式輸送機工況越來越復(fù)雜，尤其體現(xiàn)在大高差下運發(fā)電工況帶式輸送機中，復(fù)雜工況下的大傾角下運帶式輸送機中的制動器配置問題就顯得尤為重要。結(jié)合崖坪煤礦東二大巷帶式輸送機實際案例，在設(shè)計過程中對制動器的設(shè)計技術(shù)進(jìn)行研究，針對設(shè)計方案中制動器的可靠性進(jìn)行校核[1-6]。

1 東二大巷帶式輸送機理論計算

崖坪煤礦東二大巷帶式輸送機基本參數(shù)如下：輸送量Q=1800 t/h，全長3750 m，根據(jù)東二大巷開拓布置，確定下運高度340 m，帶寬B=1400 mm，帶速V=3.5 m/s，最大傾角-17°，電機正常工況下處于發(fā)電工況（屬于長運距，大高差帶式輸送機），驅(qū)動單元及制動器布置在輸送機機尾。

1.1 東二大巷帶式輸送機受力計算

圓周驅(qū)動力FU的計算：

式中：C為附加阻力系數(shù)，取1.05；f為模擬摩擦系數(shù)，取0.012（發(fā)電工況）；L為輸送機長度，L=3750 m；qRO為承載托輥單位長度旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量，qRO=20.52 kg/m；qRU為回程托輥單位長度旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量，qRU=7.76 kg/m；qB為單位長度輸送帶的質(zhì)量，qB=65.8 kg/m；qG為單位長度輸送物料質(zhì)量（qG=Q/3.6 V），qG=142.86 kg/m；FS1為主要特種阻力，F(xiàn)S1=18 933 N；FS2為附加特種阻力，F(xiàn)S2=5040 N；H為設(shè)備運行高度，H=-340 m（下運）；FSt為下運傾斜阻力，F(xiàn)St=-476 495 N；帶式輸送機平均傾角δ=5°（最大處傾角17°）。

按照最不利發(fā)電工況（全程有煤）計算：FU=-312 704 N。

根據(jù)圓周驅(qū)動力計算出軸功率PA=FU×V/1000＝1094 kW，取電機綜合備用系數(shù)K=1.4 倍，計算電機功率N=K·PA=1532 kW，最終確定電機功率為3×560 kW。

通過計算逐點張力為：F1=289 810 N，F(xiàn)2=602 514 N，F(xiàn)1-2=445 750 N ，F(xiàn)3≈F4=30 704 N。逐點張力示意圖如圖1。

圖1 帶式輸送機逐點張力示意圖

1.2 東二大巷帶式輸送機制動力矩計算

東二大巷帶式輸送機總體為傾斜向下布置，全程有煤情況下電機做負(fù)工時為最不利工況，此種情況下制動停車工況制動力矩計算如下：

FB=（m1+m2）aB-FU* （2）

式中：FB為制動停車所需制動力，N；FU*為帶式輸送機制動時的驅(qū)動力，N；aB為帶式輸送機制動停車減速度，取aB=0.2 m/s2計算；m1為帶式輸送機運動體（輸送帶、物料和托輥）轉(zhuǎn)換到輸送帶上直線運動的等效質(zhì)量，kg；m2為帶式輸送機運動旋轉(zhuǎn)部件（電機、減速機、聯(lián)軸器、滾筒）換算到輸送帶上直線運動的等效質(zhì)量，kg。

全程滿負(fù)荷運輸情況下制動所需的制動力矩：

式中：n為驅(qū)動裝置數(shù)量，n=3；JiD為驅(qū)動單元旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動慣量，kg·m2；ii為驅(qū)動單元旋轉(zhuǎn)部件至傳動滾筒的傳動比；r為傳動滾筒半徑，m；Ji為驅(qū)動單元轉(zhuǎn)動部件的轉(zhuǎn)動慣量，kg·m2；ri為滾筒半徑。

式中：f為模擬阻力系數(shù)，考慮滿負(fù)荷下運工況下，f取0.012；C為附加阻力系數(shù)，取C=1.05。

式中：MB為制動滾筒所需制動力矩，N·m；η為制動器到制動滾筒的傳動效率；制動器制動效率：η=1，i=1，D=1.4。

因此制動器的制動力矩M制=2MB=847 116 N·m。

2 制動器可靠性驗算

制動系統(tǒng)是帶式輸送機運行過程中的重要一環(huán)，制動效果也直接影響著帶式輸送機運行是否安全。大傾角下運帶式輸送機在滿負(fù)荷運行的過程中，一旦不能良好的制動，將會存在較大的安全隱患，在此種工況下大傾角下運帶式輸送機制動器的可靠性顯得尤為重要，以下對不同方案配置情況下制動器的可靠性進(jìn)行理論計算驗證。

現(xiàn)有階段，當(dāng)帶式輸送機需要緊急制動時，由于大傾角下運帶式輸送機下運作用力較大，可能會出現(xiàn)制動器施閘已經(jīng)將制動滾筒完全制動，但由于高差較大物料在重力的作用下帶動膠帶繼續(xù)下滑，膠帶受到的下滑力大于制動滾筒與膠帶間的摩擦力繼續(xù)滑動，造成制動失效等情況，此時制動器的布置形式就需要慎重考慮，以下就結(jié)合東二大巷帶式輸送機制動器設(shè)計實際情況進(jìn)行驗算。

根據(jù)帶式輸送機設(shè)計手冊中輸送帶不打滑公式：

式中：F2min為滾筒奔離點張力；FUmax為圓周驅(qū)動力；eμα為歐拉系數(shù)，為常數(shù)，與滾筒表面摩擦系數(shù)和膠帶圍包角有關(guān)，在《DT ⅡA 型帶式輸送機設(shè)計手冊》中表3-13 可查。

當(dāng)帶式輸送機需要制動時，驅(qū)動電機斷電停機，制動器介入工作，此時傳動滾筒僅受制動力，不再受圓周驅(qū)動力。由于制動力與驅(qū)動力都是作用在傳動滾筒上，公式中FUmax可替換為F制用來校核制動工況下輸送帶不打滑條件，通過推導(dǎo)滿足不打滑條件為F2min/F制≥1/（eμα1-1） 。則可根據(jù)此公式用來驗證制動器不打滑條件。

通過以上理論計算帶式輸送機需要的總制動力矩為847 116 N·m，根據(jù)制動力矩反算作用在制動滾筒上的制動力為F制=1 271 150 N。帶式輸送機各點受力參數(shù)詳細(xì)計算結(jié)果見表1，當(dāng)制動器施閘時，帶式輸送機僅受制動力，可利用歐拉系數(shù)推導(dǎo)公式進(jìn)行不打滑驗算。

表1 帶式輸送機技術(shù)參數(shù)表

計算出總制動力矩，根據(jù)常規(guī)布置方式僅第一制動滾筒放置一臺制動器，α1=200°，根據(jù)歐拉系數(shù)查表eμα1=2.85。

根據(jù)不打滑推導(dǎo)公式F2min/F制=602 514/1 271 150=0.47 ＜1/(eμα1-1) ，不滿足不打滑條件；通過驗算此種布置方式由于作用在滾筒上的制動力過大，將制動滾筒制動后膠帶還會在制動滾筒上滑動，導(dǎo)致制動系統(tǒng)失效，存在嚴(yán)重安全隱患，所以此種布置方式不能滿足制動器選型條件。

3 提出解決方案

根據(jù)以上計算結(jié)果，提出制動器分散布置解決方案，即將2 臺制動器分別作用在2 個制動滾筒上，降低單一制動滾筒所承擔(dān)的制動力。根據(jù)不打滑公式計算原則，當(dāng)帶面在滾筒上圍包角不變的情況下，減小作用力能有效降低帶面打滑情況。對布置兩臺制動器不打滑條件進(jìn)行計算。則每個制動滾筒承擔(dān)的制動力為FB=F制/2=605 083 N，制動器布置如圖2。

圖2 制動器分散布置示意圖

第一制動滾筒放置一臺制動器：α1=200°，eμα1=2.85；不打滑條件：F2/FB=0.9 ≥1/(eμα1-1) ，滿足不打滑條件。

第二制動滾筒放置二臺制動器：α2=200°，eμα2=2.85；不打滑條件：F1-2/FB=0.7 ≥1/(eμα1-1) ，滿足不打滑條件。

通過驗算此種布置形式滿足制動滾筒不打滑條件，并能充分發(fā)揮制動器性能，以避免由于制動滾筒與膠帶打滑無法提供足夠的制動力矩從而造成的安全隱患。

4 結(jié)語

崖坪煤礦東二大巷帶式輸送機已于2022 年1月完成聯(lián)合試運轉(zhuǎn)，根據(jù)現(xiàn)場實際使用情況及檢測監(jiān)控數(shù)據(jù)表明，該制動設(shè)備滿足帶式輸送機大傾角下運不同復(fù)雜工況應(yīng)用的需求。通過以上理論計算研究從前期驗證了制動器配置方案，最大程度上減小了大傾角下運發(fā)電工況帶式輸送機因制動器配置方案不合理造成的制動失靈、帶面飛車等情況，為前期帶式輸送機制動器配置方案提供了有力依據(jù)。