一種高速度大運量多點卸料帶式輸送機的應用

王黎明

(西山煤電(集團)有限責任公司 機電廠，山西　太原　030053)

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·技術經驗·

一種高速度大運量多點卸料帶式輸送機的應用

王黎明

(西山煤電(集團)有限責任公司 機電廠，山西太原030053)

摘要在井下輸送煤系統應用中,帶式輸送機除點對點進行卸料外,有時要求能在中部或多點指定位置卸料。隨著高速度、大運量、高帶強的帶式輸送機、電液動分料器的應用越來越廣泛,為了充分發揮帶式輸送機運行可靠、工藝布置靈活且易于集中化控制等性能，西曲礦根據井下輸煤工藝流程，對南翼配煤系統提出了帶式輸送機的優化設計方案。分析了主要研究的理論技術，介紹了中部卸料裝置、緩沖結構的設計。工業實驗表明，各項性能指標良好，達到了設計要求，實現了多點卸料，提升了煤礦機電一體化的管理水平。

關鍵詞帶式輸送機；多點卸料；卸料軌跡；變頻調速；緩沖結構

1問題的提出

在井下輸送煤系統應用中, 帶式輸送機除點對點卸料外, 有時要求能在中部或多點指定位置卸料。通常有2種輸送設計方案：1) 采用2部或多部帶式輸送機相互搭接，通過安裝在帶式輸送機頭部的漏斗、電液動三通分料器、導溜槽實現多點卸料。由于帶式輸送機、電液動三通分料器等相關設備數量多，存在集中電控系統復雜、設備投資大、日常維護費用高、運營成本大。2) 移動式卸料車，方便實現多點卸料。但卸料小車結構復雜,定位困難；需要較大的活動空間, 對輸送機的承重基礎要求高，工程造價較高、設備投資較大；增加了移動裝置，安全隱患大；并且移動式卸料車只適用于帶速在≤3.15 m/s，水平布置的帶式輸送機卸料。

隨著高速度、大運量、高帶強的帶式輸送機、電液動分料器應用的越來越廣, 煤炭企業為了提高生產設備的利用率，充分發揮帶式輸送機能連續輸送、運輸成本低、輸送量大、運行可靠、效率高、輸送線路適應性強及維護簡便，且易于實現自動化、集中化控制等優越的性能，根據井下輸煤工藝流程設計可實現多點卸料特種型式的帶式輸送機是非常有必要的。

為此，西山機電廠在借鑒、吸收、轉化多點卸料帶式輸送機技術的基礎上，通過技術考察和對上述2種輸送設計方案技術論證，結合西山煤電股份有限公司西曲礦南翼配煤皮帶地質條件及設備配套技術指標需求，經過優化設計，研發了一種運行可靠、工藝布置較為靈活且易于集中化控制，可多點指定位置卸料的新型帶式輸送機。

2理論研究

2.1主要技術指標

輸送量1 200 t/h，帶寬1 200 mm，帶速3.5 m/s，輸送長度134 m，平均傾角：-1°,物料塊度≤800 mm，變頻調速驅動，驅動功率110 kW，電壓等級1 140 V，PVC1000S塑料整芯阻燃膠帶，一處受料，兩處卸料(機頭直接卸載、機身中部卸料)。

2.2設計準則及總體設計

1) 設計準則。

本系統設計以礦方提供的技術指標及地質條件為依據，以靈活、合理的生產工藝為基礎,遵循高技術、高質量、高效益的制造方針，以滿足需要、安全可靠、優化合理、標準化為原則,以經濟實用為設計準則。

2) 總體設計。

為卸料準確，并滿足煤倉特殊結構要求，機頭卸載裝置設計采用了懸臂式結構；為改變煤流的方向，中部卸料設計采用了電動分料器結構，保證物料在電動翻板的控制下可分別向一側導溜槽或中間落料口落料；為保證輸送機在輕載及重載工況下,均能有效控制膠帶輸送機柔性負載的軟起動/軟停車動態過程, 消除或減小輸送帶及承載部件的動態載荷及對其它設備及電網的沖擊，選用隔爆兼本質安全型變頻調速裝置作為驅動控制；結合南翼配煤皮帶、井下地質條件與輸煤系統整體配套，選用了張力可自動調節、動態響應快的液壓自動張緊裝置，布置于帶式輸送機機尾。

輸送機布置方案示意圖見圖1.

圖1　輸送機布置方案示意圖

2.3主要研究的理論技術

1) 卸料軌跡的受力分析及計算機仿真技術。

作為帶式輸送機實現物料轉載功能的重要設備，溜槽在高速度、大運量帶式輸送機應用中，往往由于缺乏對物料拋卸軌跡運動特性的正確分析，忽略了物料在拋射瞬間的質心位置、滾筒包膠厚度和膠帶的厚度以及采用公稱名義帶速而不是實際帶速,因此,其結果就與實際的拋射軌跡相差甚大。實際使用中往往表現為漏斗前側板距卸料滾筒過短或落差過大,對漏斗、溜槽產生很大的沖擊、磨損嚴重,降低了設備的使用壽命；物料在漏斗、溜槽中卸料不暢；物料沖擊膠帶嚴重，發生偏載等現象。

通過對帶式輸送機物料的運行速度及卸料滾筒分離點的分析，以及對物料與卸料滾筒分離后的運行軌跡的分析，運用動力學原理, 結合計算機仿真技術，確定物料的拋卸軌跡,不僅能合理地設計漏斗、溜槽的結構尺寸,保持落料通暢,而且在適當位置設置耐磨襯板，能減小物料對漏斗、溜槽的磨損和沖擊，緩沖物料對膠帶沖擊，提高整個系統運行的穩定性和可靠性。

2) 變頻調速技術。

大運量、高帶速帶式輸送機設計的關鍵環節之一是根據潛在的動力學問題，合理選擇驅動系統，以保證輸送機在輕載、重載等各種工況下可靠、有效地控制帶式輸送機柔性負載的軟啟動/軟停車整個動態過程，以消除或減小輸送帶及承載部件的動態載荷及對電氣系統的沖擊，延長輸送機使用壽命，增加輸送系統的安全性和可靠性。

考慮本帶式輸送機運量大、速度高以及輸煤系統整體配套，需與集控系統可靠連接，選用具有恒轉矩負載、高性能調速的隔爆兼本質安全型變頻調速裝置作為驅動控制系統。

該裝置主要性能：

a) 恒轉矩調速特性。由于采用全數字無速度傳感器矢量控制，系統調速范圍寬，調速精度高，即使在低頻運行時，也可輸出1.5～2倍額定轉矩。負載特性與變頻調速機械特性曲線見圖2.

圖2　負載特性與變頻高速機械特性曲線圖

b) 優越的軟啟動、軟制動特性。該變頻器的起、停時間是任意可調的，也就是說起、停車時的減速度任意可調，同時為了平穩起動，還可匹配其具備的S型加減速時間，這樣可將膠帶輸送機起停時產生的沖擊減至最小。

c) 變頻器具有較強的電網適應能力，-10%～+10%能滿足正常使用要求；瞬時停電不停機功能。

3) 張緊技術。

大運量、高速度、強力帶式輸送機在起動和運行過程中，載荷不均勻，需要的張緊力也不同。也就是說膠帶的張力在起動和運行時無法精確預知，而過大的恒定張緊力會嚴重降低膠帶的使用壽命。因此，本機需要一種高性能快速響應張緊裝置。結合南翼配煤皮帶、井下地質條件及輸煤系統整體配套，考慮帶式輸送機在啟動和正常運行時對拉力的需要不同，已用張緊響應時間，經合理分析帶式輸送機不同工況所需張力，采用徐州五洋有限公司生產的液壓自動張緊裝置，型號：ZYJ-500(01-80)，布置于帶式輸送機的機尾。

該裝置的主要特點是：a) 采用PLC為核心控制系統，能夠自動實現拉緊力在0～80 kN，可根據帶式輸送機不同工況所需的張力自動調節，保證輸送帶在理想狀態下運行。b) 帶式輸送機啟動時，處于非穩定狀態，此時，拉緊裝置通過油缸的快速伸縮，及時補償輸送帶的彈性振蕩，有效實現帶式輸送機的動態張緊，從而減小了帶式輸送機啟動時的沖擊動負荷，使啟動平穩可靠，同時也有效地避免了拉緊裝置對輸送帶的過張緊現象。c) 帶式輸送機停機或意外斷電時，張緊裝置能自動實現制動，確保輸送帶處于張緊狀態。d) 可與集控裝置無縫連接，實現對該拉緊裝置的遠距離控制。

3實體優化設計

3.1中部卸料裝置的設計

中部卸料裝置由卸料架、卸載滾筒、漏斗、電動三通分料器、導溜槽、檢修平臺、平臺、改向滾筒、壓帶滾筒等組成。中部卸料裝置示意圖見圖3.

1—卸料架　2—卸載液筒　3—漏斗　4—電動三通分料器　5—導溜槽　6—檢修平臺　7—平臺　8—改向液筒　9—壓帶液筒圖3　中部卸料裝置示意圖

1) 工作原理。物料隨膠帶提升到一定高度，通過卸載滾筒沿卸料軌跡拋落進漏斗中，然后進入電動三通分料器，通過電動翻板控制物料的流向。當電動翻板打在圖3a位置時，物料通過溜槽緩沖落在膠帶上，物料隨膠帶繼續向前運行；當電動翻板打在b位置時，物料通過導溜槽向單側指定位置卸料。上皮帶與卸載滾筒、設置于平臺上的改向滾筒，共同構成一個Z型運行軌跡，便于中間卸料裝置布置；下皮帶經設置于平臺上的壓帶滾筒改向，由卸料平臺下方繞出。

2) 結構特點。

a) 所有鋼結構件均在受力分析與有限元分析的基礎上，進行了結構優化設計，均采用具有良好的焊接性能板材或型材，經過預處理后具有足夠高的強度、剛度和穩定性的焊接結構。為了安裝和運輸方便，均采用分體式螺栓聯接。

b) 適當位置設置具有良好的綜合力學性能的16Mn鋼板,厚度≥10 mm,提高對漏斗、溜槽耐磨及抗沖擊性能。

c) 結構合理，操作簡單、維護量小，運營費用低，實用性強。

3.2緩沖結構設計

由于轉運點落差較高，運輸量大，速度快，對落料處膠帶、導料槽密封板的沖擊大，容易造成膠帶被煤、矸石扎傷、撕裂；料槽密封板磨損嚴重，落料點易發生物料飛濺及散落。

具體措施如下：

1) 緩沖床采用優良的高彈性、耐磨特種橡膠層能充分有效吸收物料下落時的沖擊力；與輸送帶面的接觸，受力均勻、表面的弧形設計, 能保證輸送帶運行的順滑流暢；槽型鋼固定座經久耐用，不易變形。為了分解落料沖擊力，改善落料處的受力狀況，減少皮帶磨損，在落料點部位皮帶下方配置了緩沖床。

2) 改進緩沖溜槽至落料口結構，使原煤不能直接落于膠帶上，縮小緩沖落料處原煤對膠帶的壓力。

3) 改進導料槽密封結構，在緩沖床兩側加配防溢裙板，有效防止物料外溢。

4新型帶式輸送機的主要性能

1) 該新型帶式輸送機具有多點卸料的功能，同時兼有帶式輸送機行可靠、工藝布置較為靈活且易于集中化控制等優越的性能。

2) 該機根據井下輸煤工藝流程及輸送線路增設了拓展設計，適應性強。

3) 該機改善落料處的受力狀況，皮帶磨損小、卸料位置準確，不易發生物料飛濺及散落現象，環保、使用安全可靠。

5結束語

該新型帶式輸送機經工業實驗檢驗，各項性能指標良好，均達到了設計要求，解決了高速度、大運量、高帶強的帶式輸送機安全可靠實現多點卸料的難題，為提升煤礦機電一體化的管理，實現煤炭生產的安全、節能、高效和可持續發展具有重大意義。

參考文獻

[1]宋偉剛.通用帶式輸送機設計[M].北京：機械工業出版社,2006:265-335.

[2]賀克讓，王小偉，董萬江.帶式輸送機滾筒卸料軌跡的理論與設計[J].煤礦設計,2000(10):23.

Application of A kind of Multipoint Discharging Belt Conveyor with High Speed and Large Capacity

WANG Liming

AbstractIn the application of underground coal conveying system, belt conveyor discharging in addition to the point-to-point, sometimes require to in the middle or the specified location of more points. The belt conveyor with high speed, large capacity, high belt strength and electric hydraulic distributor are used more and more popular. In order to fully play the performance of the belt conveyor, such as reliable operation, flexible process layout and easy to centralized control. According to the coal conveying process in Xiqu coal mine, puts forward the optimal design plan of the belt conveyor to south wing blending coal system. Analyzes the theory and technology, introduces the design of central discharging device and buffer structure. The industrial experiments show that the performance index is good, reaches the design requirement, realizes the multipoint discharging, enhances the management level of coal mine mechanical and electronic integration.

Key wordsBelt conveyor; Multipoint discharge; Discharge path; Frequency control of motor speed; Buffer structure

中圖分類號：TD528+.1

文獻標識碼：A

文章編號：1672-0652(2016)02-0012-04

作者簡介：王黎明(1980—)，男，山西太原人，2015年畢業于太原理工大學，工程師，主要從事運輸機、液壓支架開發工作(E-mail)wyg6287@163.com

收稿日期：2016-01-06