長距離大運量帶式輸送機的優(yōu)化設計及改進措施

摘要：針對山西西山某公司的長距離大運量帶式輸送機，介紹了帶式輸送機的布置方案、設計計算和選型，及其應用。解決了卷帶過程中輸送帶跑偏問題，提高了卷帶效率，根據(jù)重載滾筒受力特點進行有限元分析，優(yōu)化了滾筒結構，提高了滾筒筒體剛度，將環(huán)形焊縫避開了應力集中區(qū)，提高了重載滾筒的安全性和使用壽命。

關鍵詞：長距離大運量 帶式輸送機 跑偏 卷帶 滾筒

1 長距離大運量帶式輸送機設計計算

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膠帶纏繞示意圖

1.1 基本參數(shù)

物料：原煤 堆積密度：1.1t/m3 動堆積角：20°

粒度：≤300mm 帶寬：B=1600mm 帶速：V=4m/s；

運量：Q=3500t/h 運距：L=4200m 儲帶長度：≥140m

1.2 預選條件

1.2.1 膠帶

PVG2000S上膠層3mm，下膠層2mm，厚度17mm，重量22kg/m2，抗拉強度：縱向2000N/mm，橫向400N/mm。

1.2.2 托輥

①φ159（307）上托輥L=600mm，下托輥L=900mm；②上托輥間距1.5m，三托輥品字形布置35°，下托輥間距3m，二托輥V形布置10°；③上托輥L=600mm，轉動部分質量12.97kg/件；下托輥L=900mm，轉動部分質量18kg/件。模擬摩擦系數(shù)選0.025。

1.2.3 滾筒

滾筒和皮帶摩擦系數(shù)0.4；滾筒直徑φ1030，包角210°；1點為最小張力點，7點為最大漲力點。

1.3 圓周力及功率計算

圓周力 F=381464N，軸功率P=1503 KW，電動功率 P=2036KW，傳動效率0.9，電壓降與多機不平衡系數(shù) 0.94，備用系數(shù) 1.1。

選擇兩滾筒傳動，功率配比為1：1，決定選用4臺500KW電機。

1.4 張力計算

1.4.1 根據(jù)傳動條件

功率配比：1：1，摩擦系數(shù)：μ=0.4；

傳動滾筒Ⅰ圓周力： F1=187973.6N；

傳動滾筒Ⅰ圍包角：ω=210；

傳動滾筒Ⅱ圓周力： F2=187973.6N；

傳動滾筒Ⅱ圍包角：ω=210；

動載荷系數(shù)：Ka=1.3；

對傳動滾筒Ⅰ：S1min=73334.5N；

對傳動滾筒Ⅱ：S2min=73334.5N；

所以按傳動條件，最小張力應大于73334.5N。

1.4.2 按垂度條件

對承載分支：S12min=51181.6N，對回空分支：S11min=12949.2N，所以按垂度條件，最小張力應大于51181.6N

回空分支各項阻力總和：F3=49928.7N，主要阻力：FH3=47828.7 N，傾斜阻力：FST3=0。

綜上計算最小張力為：S2min=73334.5N，承載分支各項阻力總和：F4=313719.2N。

主要阻力：FH4=311750.4N，傾斜阻力：FST3=0。

1.4.3 各特征點張力的確定

S1=73334.5N S2=87565.3N S3=137493.9N

S4=141618.8N

S5=455338.0N S6=468998.1N S7=73334.5N

S8=483068.0N

最大張力：Smax=483068.0N

1.5 輸送帶強度校核

輸送帶安全系數(shù)：SA=7.1，所以PVG2000膠帶符合要求。

1.6 拉緊力及拉緊行程

拉緊力：Fsp=474358N，需漲緊力達500kN漲緊裝置。

拉緊行程：Lsp=89.2m。

1.7 托輥受力

上托輥靜載計算：

P0=0.8×1.2×（243+32）×9.8=2587.2N；

下托輥靜載計算：P0=0.63×3×32×9.8=539N；

上托輥動載計算：

P0=2587.2×1.2×1.21×1.10=4133N；

下托輥動載計算：Pu=593×1.2×1.1=783N；

2 設計方案說明

2.1 總體布置設計方案

總體布置采用機頭4×500KW集中驅動。

2.2 變頻器設計方案

本機設計采用礦用隔爆兼本質安全型變頻調速器，能夠實現(xiàn)帶式輸送機優(yōu)越啟動、停車及多機功率平衡功能。

2.3 電機設計方案

電機防爆變頻電動機，功率500KW，外殼防護等級不低于IP55，絕緣等級不低于H級，具有三相繞組溫度保護。

2.4 減速機設計方案

減速器選用型號為H2SH14+FAN，速比i=20，平行軸布置。

2.5 聯(lián)軸器設計方案

聯(lián)軸器選用帶漲緊套的蛇型彈簧聯(lián)軸器，型號為：高速聯(lián)軸器選用1110TBW；低速聯(lián)軸器選用1190H-SLD。

2.6 制動系統(tǒng)

選用型號為：BYWZ5-500/201，安裝于電機和減速機中間。

2.7 滾筒設計方案

主滾筒直徑選用φ1030mm，鑄焊結構，滿足使用強度要求，采用自動焊接。滾筒膠面陶瓷包膠，膠料具有阻燃、抗靜電功能，厚度不小于15mm。傳動滾筒采用外置軸承，軸承座為分體結構，軸與接盤連接采用漲套連接方式，傳動滾筒軸承留有溫度測試點，并且裝設溫度傳感器（PT100），結構為雙出軸，滿足驅動裝置左右互換。軸徑大于200的改向滾筒全部采用脹套連接，鑄焊結構。

2.8 托輥設計方案

托輥直徑為φ159mm，托輥軸選用φ42熱軋圓鋼進行加工，軸承采用托輥專用大游隙軸承。

2.9 機架設計方案

2.9.1 采用獨立的卸載三角架結構。國產(chǎn)化設計卸載部大多采用伸出梁結構。在長距離、大運量帶式輸送機受力要求下，明顯剛度不足，我們設計時采用獨立的三角架結構受力合理、穩(wěn)定性好。

2.9.2 傳動機架采用倒T型整體框架結構。該結構兩個傳動滾筒均與膠帶的干凈面接觸，減少了傳動滾筒因粘煤引起的膠層磨損，同時二驅動滾筒間距達15000mm，減少了膠帶的彎曲應力，保護膠帶。

2.9.3 驅動底座采用大箱體結構。驅動底座設計成整體大箱體結構，剛度大、強度高、不易變形、焊后整體加工，在裝和減速器安裝孔前后左右均設計頂絲板，便于安裝找正，在底部四角也設計四個螺紋孔，便于整體地面找平。

2.9.4 貯帶倉剛性結構及有效防止游動小車跑偏機制。儲帶倉底座采用前后貫通的兩根[40槽鋼作為主架及游動小車軌道，強度和剛度完全滿足要求。游動小車及托輥小車車輪同一側采用帶“V”形槽車輪，同時軌道面一側焊反V形導軌作為定位軌道，且車輪上下設有止爬輪，左右設有導輪，保證游動小車不掉軌。

2.9.5 巷道起伏不平的可調裝置。儲帶倉的支腳設有多孔，通過螺栓調節(jié)螺孔位置，可適應局部起伏不平的巷道地形，使游動小車軌道保持在同一水平上。

2.10 創(chuàng)新的全液壓漲緊卷帶裝置

液壓卷帶裝置是我公司為本機配制的最新研發(fā)的產(chǎn)品，用于工作面順槽帶式輸送，卷帶裝置獨立使用一臺液壓泵站，置于貯帶倉架后方，縱向長度為9200mm，可極大提高工作效率，降低工人勞動強度，提帶式輸送機可靠性，保證安全生產(chǎn)。

2.11 快裝機身

本機的設計采用快裝結構，縱梁與支腿、縱梁和H架的連接采用“E”型銷。

3 提高整機性能的改進措施

根據(jù)我公司設計、生產(chǎn)、制作和調試三條DSJ160/350/

G3×500+3×500可伸縮帶式輸送機的經(jīng)驗，有針對性的作了以下改進：

3.1 清掃器

機頭部、卸載部各加一套重型清掃器，保證清煤效果，有效防止膠帶回煤。

3.2 張緊小車

張緊小車機身加強，張緊橫梁制作成方箱梁結構，采用整體腹板，增加其防扭轉剛度，防止張緊橫梁產(chǎn)生變形。機架加長，并在后部兩改向滾筒間加裝了防跑偏擋輥，有效解決張緊小車內膠帶跑偏和機架刮膠帶問題。

3.3 上、下防跑偏立輥

重新設計了上、下防跑偏立輥，立輥直徑由原來的φ60mm增加至φ89mm，軸承采用306KA大游隙托輥專用軸承，全部安裝于縱梁上，增加其剛度的同時，更加有效地防止膠帶跑偏。

4 結束語

隨著大型高產(chǎn)高效礦井的開發(fā)，長距離、大運量、大功率輸送設備的需求量越來越大，短距離帶式輸送機已不能滿足高產(chǎn)高效礦井對煤炭大輸送量的要求，必須設計開發(fā)長運距、大運量的可伸縮帶式輸送機，以保證帶式輸送機高效、快捷和暢通的運輸。

參考文獻：

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[4]程俊萍編.自動液壓拉緊裝置的研究開發(fā)[J].機械工程與自動化，2011（05）.