劉思敏

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)挖金灣虎龍溝煤業(yè)有限公司， 山西 朔州 038300）

引言

國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，促使帶式輸送機(jī)在煤礦行業(yè)煤料運(yùn)輸中的應(yīng)用越來越廣泛，對比煤料的其它運(yùn)輸方式和設(shè)備，帶式輸送機(jī)具有輸送距離長、運(yùn)量大、辦結(jié)輸送、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。煤礦井下巷道中帶式輸送機(jī)的布置方式趨于多樣化，常見有長距離運(yùn)輸、長距離大傾角向上運(yùn)輸、大傾角向下運(yùn)輸?shù)葞追N類型[1]。同時(shí)在煤礦井下巷道中，因?yàn)楣r的因素，帶式輸送機(jī)的布置也有一些特殊的臨界狀態(tài)的類型，主要有：長距離小傾角向下運(yùn)輸?shù)牟贾谩ⅰ癡”形布置和“反V”形布置方式。本文主要是針對晉能控股煤業(yè)集團(tuán)挖金灣虎龍溝煤業(yè)井下帶式輸送機(jī)縱向布置呈“V”形的設(shè)計(jì)研究。

1 帶式輸送機(jī)概況

虎龍溝煤業(yè)位于山西省懷仁縣鵝毛口鎮(zhèn)，8.921 7 km2，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為120 萬t/年，主要開采石炭系5號(hào)、8 號(hào)煤層?；垳厦簶I(yè)礦井-470 m 水平四采區(qū)出煤巷帶式輸送機(jī)呈縱向“V 字”形布置，其布置示意圖如圖1 所示。

圖1 帶式輸送機(jī)縱向“V”形布置示意圖

帶式輸送機(jī)原始設(shè)計(jì)參數(shù)：運(yùn)量Q=1 200 t/h，帶寬B=1.2 m，帶速V=3.15 m/s，機(jī)長L=1 320 m，提升高H=-47.4 m，傾角β=-16°~16°，輸送帶型號(hào)ST/S800。

2 運(yùn)行工況分析

帶式輸送機(jī)縱向“V”形布置對比長距離小傾角向下運(yùn)輸?shù)牟贾煤汀胺碫”形布置方式，其運(yùn)行存在共同點(diǎn)，三者臨界狀態(tài)帶式輸送機(jī)都存在電動(dòng)或發(fā)電狀態(tài)的不確定性[2]。但是帶式輸送機(jī)縱向“V”形布置的工況更加復(fù)雜，其運(yùn)行工況具體情況如下：

1）帶式輸送機(jī)布置形式非常復(fù)雜，整個(gè)運(yùn)行區(qū)段分為大傾角下運(yùn)區(qū)段、水平區(qū)段、大傾角上運(yùn)區(qū)段和小傾角下運(yùn)區(qū)段四個(gè)部分。

2）在空載運(yùn)行工況下，始終存在圓周驅(qū)動(dòng)力Fu≥0。

3）在滿載運(yùn)行工況下，當(dāng)模擬運(yùn)行阻力摩擦因數(shù)取較大值，F(xiàn)u≥0；模擬運(yùn)行阻力摩擦因數(shù)取小值，圓周驅(qū)動(dòng)力Fu≤0。

4）除此之外，在縱向“V”形布置臨界狀態(tài)帶式輸送機(jī)的存在電動(dòng)或發(fā)電狀態(tài)的不確定性，其發(fā)電運(yùn)行工況和動(dòng)力制動(dòng)工況宜按計(jì)入超載系數(shù)后的輸送量計(jì)算，一般輸送量超載系數(shù)不宜小于1.1。

3 設(shè)計(jì)計(jì)算與部件選型

3.1 模擬摩擦阻力因數(shù)f 的取值

依據(jù)《DTⅡ（A）型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊》可知，在帶式輸送機(jī)設(shè)備上，對于模擬摩擦阻力因數(shù)f 的取值無具體的確定值。一般其f 的取值范圍為0.012~0.03之間，當(dāng)帶式輸送機(jī)處于電動(dòng)工況時(shí)f 取較大值范圍區(qū)間，當(dāng)帶式輸送機(jī)處于發(fā)電工況時(shí)f 取小值范圍區(qū)間。

3.2 設(shè)計(jì)計(jì)算

3.2.1 已知參數(shù)

qRO為承載分支托輥組旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量，取18.5 kg/m；qRU為回程分支托輥組旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量，取6.5 kg/m；qB為輸送帶質(zhì)量，取26.4 kg/m；qG為輸送物料質(zhì)量，取106 kg/m；C 為附加阻力系數(shù)，取1.070 8；f 為模擬摩擦因數(shù)，取0.012~0.03；L 為L1+L2+L3+L4=1320m；H 為H1+H2+H3+H4=-47.4 m；g 為重力加速度，取9.81 m/s2；Fs1為主要特種阻力，取1 600 N；Fs2為附加特種阻力，取4 200 N。

3.2.2 各種工況圓周力計(jì)算

3.2.2.1 滿載運(yùn)行圓周力（f=0.03）

Fum=CFH+FSt+FS1+FS2=CLgf（qRO+qRU+2qB+qG）+qGHg+FS1+FS2。

當(dāng)f=0.017 時(shí)，F(xiàn)um=0。

3.2.2.2 空載運(yùn)行圓周力（f=0.03）

Fum=CLgf（qRO+2qB+qRU）+FS1+FS2.

3.2.2.3 最大正功率圓周力（f=0.03）

L1向下段、L4微向下段空載，L2水平段、L3向上段有載。

3.2.2.4 最大負(fù)功率圓周力（f=0.012，計(jì)入超載系數(shù)1.1 校核）

L1向下段、L4微向下段有載，L2水平段、L3向上段空載。

計(jì)入超載系數(shù)1.1，計(jì)算最大負(fù)功率圓周力Fumin=-113 066 N。

3.2.2.5 最大正功率啟動(dòng)圓周力

計(jì)算啟動(dòng)工況時(shí)，f=0.03，啟動(dòng)加速度a=0.2 m/s2。

3.2.3 制動(dòng)力的計(jì)算

制動(dòng)力不僅要滿足帶式輸送機(jī)發(fā)電制動(dòng)，而且要考慮動(dòng)力制動(dòng)，同時(shí)還要滿足突然斷電情況下制動(dòng)要求，即考慮工作時(shí)的制動(dòng)和帶式輸送機(jī)停止時(shí)的安全制動(dòng)[3]。安全制動(dòng)應(yīng)計(jì)入輸送量超載系數(shù)和安全制動(dòng)系數(shù)，GB 50431—2008《帶式輸送機(jī)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定安全制動(dòng)系數(shù)不應(yīng)小于1.5。AQ10552008《煤礦建設(shè)項(xiàng)目安全設(shè)施設(shè)計(jì)審查和竣工驗(yàn)收規(guī)范》中規(guī)定，制動(dòng)裝置的制動(dòng)力矩與設(shè)計(jì)最大靜拉力差在閘輪上的作用力矩之比不得小于2，也不得大于3。為安全考慮，一般遵從后者，制動(dòng)系數(shù)取2~3 之間。

3.2.3.1 滿載運(yùn)行制動(dòng)圓周力

計(jì)算制動(dòng)工況時(shí)，f=0.012，制動(dòng)減速度a=-0.2 m/s2。

3.2.3.2 安全制動(dòng)應(yīng)滿足帶式輸送機(jī)靜止時(shí)逆止力的需要

1）L1向下段、L2水平段、L4微向下段空載，L3向上段有載（f=0.012）。

2）L1向下段、L2水平段空載，L3向上段、L4微向下段有載（f=0.012）。

3）二者比較，取大值。

3.2.3.3 最大負(fù)功率制動(dòng)圓周力（f=0.012）

L1向下段、L4微向下段有載，、L2水平段、L3向上段空載（f=0.012）。

計(jì)入超載系數(shù)1.1，計(jì)算最大負(fù)功率圓周力FBin=175 357 N。

3.2.4 各種工況受力計(jì)算結(jié)果

按相應(yīng)公式計(jì)算各種工況的受力情況，其計(jì)算結(jié)果如表1 所示。

表1 各種工況受力情況計(jì)算結(jié)果表

3.2.5 電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算

拉近裝置位置的不同影響輸送帶的張力和滾筒與輸送帶之間的摩擦力，從而對計(jì)算輸送帶強(qiáng)度和電動(dòng)機(jī)功率有影響，當(dāng)輸送帶型號(hào)確定后，拉近裝置位置對滾筒與輸送帶之間的摩擦力的影響微小可忽略不計(jì)。拉緊裝置的設(shè)置應(yīng)滿足各種工況下輸送帶與滾筒間不打滑和垂度的要求[4]。本例中拉緊裝置最終設(shè)在機(jī)頭驅(qū)動(dòng)滾筒松邊附件處，按在L1、L2交點(diǎn)處緊邊張力撓度條件確定。

參數(shù)選?。弘妷航迪禂?shù)η1=0.92；減速器和聯(lián)軸器效率，電動(dòng)工況ηD2=0.90，發(fā)電工況ηF2=0.95。

電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算：電動(dòng)工況時(shí)PM=FUV/（1000η1ηD2）；發(fā)電工況時(shí)PM=FUVηF2/（1 000η1）。

電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算符合下列條件：

1）按全程滿載工況計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率（125 kW），并按最大正功率（513 kW）、最大正功率啟動(dòng)工況（625 kW）校核電動(dòng)機(jī)過載和啟動(dòng)能力。

2）按全程空載工況計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率（145 kW）。

3）按最大負(fù)功率（-329 kW）、計(jì)入超載系數(shù)的最大負(fù)功率（-368 kW）校核電動(dòng)機(jī)過載能力。

4）采用動(dòng)力制動(dòng)時(shí)，按制動(dòng)工況（-458 kW）、計(jì)入超載系數(shù)的制動(dòng)工況（-503 kW）校核電動(dòng)機(jī)過載能力。

3.3 設(shè)備選型

根據(jù)以上分析，帶式輸送機(jī)的選型為：YB33552-4型雙電機(jī)雙滾筒驅(qū)動(dòng)，功率為2×350 kW；YOTcs560B限矩型液力耦合器；M370+F 減速器，減速比為20；防爆型BYWZ5-500/80 液壓推桿制動(dòng)器。

當(dāng)前四采區(qū)出煤巷帶式輸送機(jī)已于2020 年5月，按縱向“V 字”形布置安裝并投入到實(shí)踐應(yīng)用過程中，整體運(yùn)轉(zhuǎn)良好，能較好的完成煤料的運(yùn)輸任務(wù)。

4 結(jié)語

虎龍溝煤業(yè)四采區(qū)出煤巷帶式輸送機(jī)縱向“V字”形臨界狀態(tài)布置中，含有上運(yùn)區(qū)、平運(yùn)、下運(yùn)等多個(gè)區(qū)段，工況較為復(fù)雜程度。對其各種工況比選后，在充分了解工藝要求和充分分析各工況的情況下確定了部件的選型，帶式輸送機(jī)實(shí)際運(yùn)行效果理想，設(shè)計(jì)合理。