35°大傾角強(qiáng)力皮帶機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行的優(yōu)化設(shè)計(jì)

摘 要：在礦井生產(chǎn)中，讓皮帶機(jī)平穩(wěn)、可靠的運(yùn)行，是各礦業(yè)集團(tuán)機(jī)械部門研究的重要課題。通過對皮帶機(jī)的重要參數(shù)研究，我們認(rèn)為，在一些參數(shù)上進(jìn)行優(yōu)化與改造，將對大傾角、長距離、高強(qiáng)度的帶式運(yùn)輸機(jī)有很大的促進(jìn)與改進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：運(yùn)輸機(jī)械 皮帶機(jī) 平穩(wěn)運(yùn)行

中圖分類號(hào)：U2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X(2011)03(c)-0082-02

由于帶式運(yùn)輸機(jī)不僅具有長距離、大運(yùn)量、連續(xù)運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，而且運(yùn)行可靠，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，因此在煤礦生產(chǎn)中得到了廣泛的使用，是煤礦主要的運(yùn)輸設(shè)備。隨著煤礦生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化水平的不斷提高，高產(chǎn)高效礦井的大量涌現(xiàn)，對礦井的運(yùn)輸設(shè)備提出了更高的要求，大傾角、長距離、高強(qiáng)度的帶式運(yùn)輸機(jī)在煤礦生產(chǎn)中應(yīng)用得也越來越廣泛。為適應(yīng)高速發(fā)展的煤炭生產(chǎn)，強(qiáng)力皮帶機(jī)的運(yùn)行傾角在不斷加大，目前，正在運(yùn)行的強(qiáng)力皮帶機(jī)最大傾角已經(jīng)達(dá)到35°。隨著強(qiáng)力皮帶機(jī)運(yùn)行傾角的不斷加大，除設(shè)置安全可靠的制動(dòng)裝置外，如何設(shè)計(jì)選擇強(qiáng)力皮帶機(jī)的防逆轉(zhuǎn)裝置和優(yōu)化選擇其他運(yùn)行安裝參數(shù)，是確保大傾角強(qiáng)力皮帶機(jī)安全平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵。通過興阜煤礦主井35°大傾角上運(yùn)強(qiáng)力皮帶機(jī)對這些參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和選擇的實(shí)踐，為我們提供了很好的經(jīng)驗(yàn)。

1 強(qiáng)力皮帶機(jī)技術(shù)參數(shù)

(1)安裝最大傾角35°;

(2)運(yùn)輸能力：400t/h;

(3)膠帶寬度：1200mm;

(4)額定帶速：2.5m/s;

(5)運(yùn)輸長度：830m;

(6)驅(qū)動(dòng)功率：2×560kw(690v變頻調(diào)速);

(7)控制形式：電機(jī)采用ABB變頻軟啟動(dòng)，整機(jī)自動(dòng)控制(如圖1）。

2 有關(guān)運(yùn)行參數(shù)的設(shè)計(jì)選擇

2.1 逆止器的設(shè)計(jì)選擇

強(qiáng)力皮帶機(jī)在重載停車時(shí)，停留在膠帶上的50多噸原煤，會(huì)產(chǎn)生很大的下滑力，迫使強(qiáng)力皮帶機(jī)反向下滑，極易造成斷帶飛車等重大安全生產(chǎn)事故，所以選擇可靠的防逆轉(zhuǎn)裝置，是保證大傾角強(qiáng)力皮帶機(jī)安全平穩(wěn)運(yùn)行的重點(diǎn)。為確保強(qiáng)力皮帶機(jī)在停車后膠帶不逆轉(zhuǎn)，必須安設(shè)安全可靠的防逆止裝置。

(1)輸送能力計(jì)算。

在選擇逆止器時(shí)，應(yīng)按皮帶機(jī)在最大輸送能力時(shí)，滿載停車所產(chǎn)生的下滑力進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，以確保設(shè)計(jì)選擇的逆止器安全可靠，防止發(fā)生重大事故。深槽角上托輥端面如圖2所示。

深槽角托輥所形成的原煤最大橫截面積為：

S =S 1+S 2+S 3-S P(m2)

其中：S1=[2L1cosλ1+(b-2L1)cosλ2]2

由于該皮帶機(jī)的運(yùn)行傾角達(dá)35°，原煤的動(dòng)安息角已不存在，即θ=0，所以S1=0

S2=[2L1cosλ1+(b-2L1)/2 cosλ2](b-2L1)/2 sinλ2

=0.0697m2

S3=L1sin2λ1/2

=0.0169m2

SP=δP[BP-(B-b)/cosλ2]

=0.02575m2

式中：SP為物料截面中的膠帶截面積 m2;

δP為膠帶厚度 m2;

BP為膠帶寬度 m2;

則：S =S 1+S 2+S 3-S P;

=0.06085m2

膠帶機(jī)最大輸送能力為：

Qm=3.6Sυρκ

=547.6t/h

式中：S為輸送帶上原煤的最大橫截面積，m2;S =0.06085m2

υ為帶速，m/s;υ=2.5m/s;

ρ為原煤的松散密度，kg/m3;

ρ=1000kg/m3;

κ為傾斜系數(shù);κ=1。

皮帶機(jī)每米輸送帶上原煤的質(zhì)量為：

qG=60.85kg/m

(2)強(qiáng)力皮帶機(jī)重載停車時(shí)的下滑力計(jì)算。

考慮到當(dāng)皮帶機(jī)在滿載運(yùn)行時(shí)停車，是皮帶機(jī)最容易發(fā)生逆轉(zhuǎn)的工況，這時(shí)皮帶機(jī)的反向下滑力最大，其物料的下滑力為：

F=QSsinβ=qGgH

=284142.7N

式中：F為物料重力沿帶速反方向的分力，N;

QS為物料垂直重力，N;

qG為輸送帶上每米物料重，

qG=60.85kg/m;

H 為物料在傾斜段的提升高度，H=476m;

g 為重力加速度，g=9.81m/s2。

(3)皮帶機(jī)逆轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)行阻力計(jì)算。

W=(2qb+qR+qRU)Lωg+qLωg

=10364.78N

式中：W為皮帶機(jī)逆轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)行阻力，N;

qB為輸送帶每米質(zhì)量，qG=42kg/m;

qRO為輸送機(jī)承載分支每米機(jī)長托輥回轉(zhuǎn)部分每米質(zhì)量，qRO=24.6kg/m;

qRU為輸送機(jī)回程分支每米機(jī)長托輥回轉(zhuǎn)部分每米質(zhì)量，qRO=19.28kg/m;

ω為托輥?zhàn)枇ο禂?shù)，ω=0.012;

L為輸送機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾中心投影長度，L=680m;

q為機(jī)尾改向滾筒中心安裝中心高， q=1.6m。

根據(jù)皮帶機(jī)帶負(fù)荷停車是否發(fā)生逆轉(zhuǎn)的條件：W＜F 即：

10364.78N＜284142.7N

所以需設(shè)置皮帶機(jī)防逆止裝置。

(4)逆轉(zhuǎn)制動(dòng)力矩的計(jì)算。

由于選用的逆止器安裝在卸載滾筒上，所以只要卸載滾筒的逆轉(zhuǎn)力矩小于選用的逆止器許用的逆轉(zhuǎn)制動(dòng)力矩即可，卸載滾筒軸的逆轉(zhuǎn)力矩為：

MT=0.65D [qGH-(2qb+qRo+qRU)Lω-qGLω]g

=259123.2N·m

式中：D為卸載滾筒直徑，D=1.43m。

(5)逆止器的選擇。

根據(jù)卸載滾筒軸的逆轉(zhuǎn)力矩MT=259123.2N.m，我們選擇了具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便，適用于低速軸的DSN330型逆止器，其許用的逆轉(zhuǎn)制動(dòng)力矩為330000Nm，可以滿足大傾角強(qiáng)力皮帶機(jī)防逆轉(zhuǎn)的要求。

2.2 裝載處皮帶機(jī)安裝傾角的選擇

由于該機(jī)的最大運(yùn)行傾角高達(dá)35°，如果該機(jī)在機(jī)尾裝載點(diǎn)處仍采用大傾角安設(shè)，根據(jù)原煤的動(dòng)態(tài)安息角只有30°左右的實(shí)際情況，再加上裝載時(shí)原煤滑落沖擊及皮帶機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生振動(dòng)等因素的影響，將無法穩(wěn)定裝載。為解決這一問題，我們把機(jī)尾裝載點(diǎn)到運(yùn)行前方15m這段機(jī)尾架和中間架的安裝角度減小到30°以下傾角安裝，以使裝載點(diǎn)的皮帶機(jī)安裝傾角小于原煤的動(dòng)態(tài)安息角，保證裝載時(shí)煤流的穩(wěn)定，待裝載的原煤在膠帶上穩(wěn)定后，才進(jìn)入35°大傾角狀態(tài)運(yùn)行。

2.3 托輥的布置

為解決皮帶機(jī)運(yùn)行中原煤在膠帶上下滑的問題，除選擇了ST3150阻燃型花紋鋼絲繩芯抗撕裂膠帶以增大原煤與膠帶間的摩擦阻力外，還在上膠帶采用了由四節(jié)普通托輥組成的深槽形托輥組，并采取錯(cuò)排布置的方式，托輥上槽角達(dá)60°，用來增加煤與膠帶間的側(cè)向擠壓力，保證原煤在運(yùn)行時(shí)所需的摩擦力。上托輥直徑為133mm，排列間距為1200mm，下托輥采用平托輥，托輥直徑為133mm，排列間距為3000mm。

2.4 裝載設(shè)備的選擇

35°大傾角強(qiáng)力皮帶機(jī)由于原煤的動(dòng)態(tài)堆積角較小，在裝載點(diǎn)的煤流極不穩(wěn)定，雖然我們在裝載處將皮帶機(jī)安裝傾角進(jìn)行了降低，使其小于原煤的動(dòng)態(tài)堆積角，但裝載時(shí)落煤速度及煤流的穩(wěn)定，對皮帶機(jī)的裝煤效果會(huì)產(chǎn)生較大影響。為保證皮帶機(jī)在原煤裝載時(shí)煤流下落穩(wěn)定，防止撒貨、跑貨等現(xiàn)象的發(fā)生，除在皮帶機(jī)裝載處安設(shè)固定圍擋裝置外，還要選擇和設(shè)置好裝載設(shè)備。根據(jù)輸送能力選擇K-4往復(fù)式給煤機(jī)，每小時(shí)給煤能力440t。電動(dòng)機(jī)功率18.5kW。給料斗是在皮帶機(jī)和給煤機(jī)安裝后，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況制做的，為了保證落煤的平穩(wěn)，在保證與K-4給煤機(jī)連接的條件下，料斗給煤角度的確定原則是在保證原煤通暢滑落的前提下盡量減小，以將煤流對皮帶機(jī)的沖擊影響降到最低。

2.5 電氣控制形式

皮帶機(jī)啟動(dòng)控制形式，對大傾角強(qiáng)力皮帶機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行具有很大的影響，為保證皮帶機(jī)啟動(dòng)時(shí)運(yùn)行平穩(wěn)，該機(jī)的電控系統(tǒng)使用ABB12脈動(dòng)直接轉(zhuǎn)矩控制交-直-交變頻控制，主電機(jī)供的電電壓690V，控制電壓380V，保證了皮帶機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行的平穩(wěn)。

2.6 擋貨裝置

為防止皮帶機(jī)由于傾角太大，造成原煤在運(yùn)行時(shí)撒貨和滾貨，上皮帶全程設(shè)置了封閉的防撒貨鋼網(wǎng)防護(hù)裝置，并每間隔10m裝有一個(gè)擋煤裝置，防止塊煤向下滾動(dòng)和跳動(dòng)。下皮帶在中部設(shè)置了封閉的擋貨刮板，防止落貨滾向機(jī)尾。大傾角皮帶機(jī)機(jī)尾的防護(hù)十分重要，如果防護(hù)不好，在運(yùn)行中進(jìn)入雜物或大塊矸石等，會(huì)造成膠帶跑偏等故障，嚴(yán)重時(shí)可造成機(jī)尾拉翻損壞、斷帶跑車等重大事故，所以在裝載點(diǎn)到機(jī)尾采取完全封閉的形式，上、下膠帶間采用鋼板封閉，兩側(cè)也全部密封，并在機(jī)尾滾筒前和機(jī)尾架與中間架過渡處的上、下膠帶間安設(shè)高度以不阻礙上、下膠帶運(yùn)行的擋、刮貨板，確保雜物不能進(jìn)入機(jī)尾。裝載點(diǎn)除采取有效措施保證原煤的平穩(wěn)裝載外，還在皮帶兩側(cè)設(shè)置了固定密封擋板，特別是料斗的后側(cè)一定要封閉好，以防止撒貨進(jìn)入機(jī)尾造成事故。

3 其他措施

為確保大傾角強(qiáng)力皮帶機(jī)的安全平穩(wěn)運(yùn)行，我們除在設(shè)計(jì)上對影響平穩(wěn)運(yùn)行的主要參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化選擇，同時(shí)我們還對其他影響因素采取了有效的改進(jìn)措施。

3.1 原煤粒度的控制

由于皮帶機(jī)的運(yùn)行傾角達(dá)到35°，所以原煤粒度的大小對煤流穩(wěn)定性影響很大，較大粒度的塊煤在皮帶機(jī)運(yùn)行時(shí)很不穩(wěn)定，特別是在煤流表層的粒度較大的塊煤基本是在不斷向下滾動(dòng)，在煤流很小或斷續(xù)的情況下尤為明顯，嚴(yán)重時(shí)可造成跑煤事故。為防止這種情況發(fā)生，我們采取的措施：一是增大井下煤倉容量，至少其容量要達(dá)到每班的最高產(chǎn)量，用以減少皮帶機(jī)的頻繁運(yùn)行，保證皮帶機(jī)滿載運(yùn)行;二是在煤倉的入口設(shè)置篩板，控制待運(yùn)原煤的粒度，保證大于100mm粒度的原煤不能進(jìn)入系統(tǒng)。

3.2 原煤水分的控制

原煤水分過大對大傾角皮帶機(jī)的運(yùn)行十分不利，會(huì)造成溜貨和跑貨。要嚴(yán)格控制原煤水分，除為保證安全生產(chǎn)進(jìn)行噴霧降塵等必要的煤水混合外，要杜絕其他生產(chǎn)和運(yùn)輸環(huán)節(jié)中的煤水混合，確保原煤中的水分在10%以下。

3.3 膠帶花紋磨損修復(fù)

經(jīng)理論分析和實(shí)際觀察，35°大傾角皮帶機(jī)在勻速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于原煤與膠帶摩擦阻力的存在，理論上在膠帶的原煤是靜止的。但由于其運(yùn)行傾角超過了原煤的動(dòng)態(tài)安息角，所以膠帶上的原煤在機(jī)械震動(dòng)等因素的影響下會(huì)產(chǎn)生下滑，其下滑的速度與原煤距膠帶接觸面的距離成正比，表面原煤滑動(dòng)的速度最大。實(shí)際上，與膠帶接觸的原煤也不是靜止不動(dòng)，而是緩慢地蠕動(dòng)下滑，這就造成了膠帶花紋部分撕裂磨損。被磨損的膠帶花紋如不及時(shí)修復(fù)，會(huì)造成膠帶不能運(yùn)煤的嚴(yán)重后果，所以膠帶花紋部分磨損后，要采取橡膠條料冷粘的方法及時(shí)修補(bǔ)。

參考文獻(xiàn)

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