巖破膠帶系統(tǒng)膠帶降速運(yùn)行淺談

孫健

（鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司東鞍山分公司，遼寧 鞍山 114000）

鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司東鞍山分公司巖破膠帶系統(tǒng)原設(shè)計(jì)能力為1400萬t/年，根據(jù)近年來東鞍山分公司采場礦石貨源輸出情況，按照礦、巖采剝比計(jì)算，巖石平均產(chǎn)量為900萬t/年，照比年設(shè)計(jì)能力1400萬t降低35．71%，從節(jié)能降耗，降低設(shè)備故障率，延長設(shè)備及備件的使用壽命，降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高系統(tǒng)運(yùn)行安全性等方面考慮，認(rèn)為可以嘗試將巖破膠帶系統(tǒng)膠帶運(yùn)行速度調(diào)低，從設(shè)計(jì)的4m/s降至3．5m/s。

1 巖破膠帶系統(tǒng)簡介

巖破膠帶系統(tǒng)由PXF60-89液壓旋回破碎機(jī)1臺(tái)，給礦膠帶機(jī)1臺(tái)（7．8m），4#膠帶機(jī)1臺(tái)（1235m），3#膠帶機(jī)1臺(tái)（1045m），PLK1800-50型排巖機(jī)1臺(tái)組成。其中4#膠帶機(jī)3臺(tái)615kW電機(jī)頭部驅(qū)動(dòng)，3#膠帶機(jī)4臺(tái)615kW電機(jī)中部和頭部驅(qū)動(dòng)，巖破1#線路為中控電磁站供電，巖破3#線路為破碎機(jī)和排巖機(jī)電磁站供電，中控電磁站為3#膠帶機(jī)中部兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)及4#膠帶機(jī)3臺(tái)電動(dòng)機(jī)供電，排巖機(jī)電磁站為3#膠帶頭部兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)供電。

2 項(xiàng)目內(nèi)容

巖破膠帶系統(tǒng)膠帶的帶速由4m/s降至3．5m/s。

巖破膠帶系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力為1400萬t/年，近年來的平均產(chǎn)量為900萬t/年，比設(shè)計(jì)能力降低35．7%，而帶速從4m/s降至3．5m/s降幅為12．5%，仍有23．2%的余量，在不改變目前生產(chǎn)組織現(xiàn)狀可完成生產(chǎn)計(jì)劃。

巖破膠帶系統(tǒng)采用7臺(tái)615kW、690V的西門子IPQ8系列交流變頻電動(dòng)機(jī)，其中4臺(tái)驅(qū)動(dòng)3#膠帶，3臺(tái)驅(qū)動(dòng)4#膠帶，當(dāng)帶速由4m/s降至3．5m/s時(shí)，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速是1118r/min，對(duì)應(yīng)的頻率是37．5Hz，該參數(shù)在允許范圍內(nèi)，系統(tǒng)是安全穩(wěn)定的。

3 可行性分析

3.1 降速可節(jié)約電能消耗

電動(dòng)機(jī)的輸出功率與速度的關(guān)系式為：

式中：

P―電動(dòng)機(jī)的輸出功率；

T―負(fù)載轉(zhuǎn)矩；

N―電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

本系統(tǒng)為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，即T為常數(shù)，那么電動(dòng)機(jī)輸出功率P與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速N成正比關(guān)系。理論上帶速由4m/s降至3．5m/s可減少電動(dòng)機(jī)輸出功率12．5%，即電網(wǎng)少向電動(dòng)機(jī)供12．5%的電能，由此可見，節(jié)能效果非常顯著。

3.2 降速可延長設(shè)備壽命

眾所周知，同等作業(yè)條件下，設(shè)備轉(zhuǎn)速低故障率將隨之降低，如巖破膠帶系統(tǒng)生產(chǎn)線中的減速機(jī)、滾筒、托輥、膠帶等使用壽命將得到延長。

3.3 降速可降低設(shè)備故障率

降速可降低膠帶機(jī)的振動(dòng)幅度，一般情況下，設(shè)備振動(dòng)越小，故障率就越低。3#膠帶機(jī)因路基沉降不均，導(dǎo)致膠帶機(jī)沿線設(shè)備設(shè)施振動(dòng)非常嚴(yán)重，故障頻發(fā)，拉繩、堵漏開關(guān)經(jīng)常誤動(dòng)，膠帶架等鋼結(jié)構(gòu)件時(shí)常開焊、變形，開焊部位擠破、擠斷各類電纜的情況時(shí)有發(fā)生，當(dāng)降速運(yùn)行后振幅隨降速而減小，結(jié)構(gòu)件的疲勞得以減緩，故障率也將隨之降低，同時(shí)減輕了工人的檢修勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.4 降速可保證巖破膠帶系統(tǒng)更加安全

顯而易見，巖破膠帶系統(tǒng)膠帶機(jī)的速度與安全是成反比的，速度越低安全性越高，這里的安全是廣義的，不只是對(duì)人身的安全，同時(shí)對(duì)設(shè)備設(shè)施同樣是安全的。

4 效益計(jì)算

（1）按降速可節(jié)約電能消耗效益計(jì)算，創(chuàng)效60．55萬元。

以5個(gè)月的耗電量的平均值為例，計(jì)算降速可節(jié)約的電能。巖破膠帶系統(tǒng)月平均耗電量為巖破1#線路與巖破3#線路之和，即481872+357132=839004kWh（09變電所變盤電量）。

其中巖破1#線路為中控電磁站供電，巖破3#線路為破碎機(jī)和排巖機(jī)電磁站供電，中控電磁站為3#膠帶機(jī)中部兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)及4#膠帶機(jī)3臺(tái)電動(dòng)機(jī)供電，排巖機(jī)電磁站為3#膠帶頭部兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)供電。巖破1#線路即中控電磁站的固定消耗（即膠帶機(jī)停運(yùn)時(shí)的消耗，包括變損及輔助設(shè)施消耗），09變電所實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)顯示為4A左右，即月耗電量為4A×6V×24h×30d=17280kW·h。

膠 帶 機(jī) 每 臺(tái) 電 動(dòng) 機(jī) 月 耗 電 量 為（48．2-1．7）÷5=93000kW·h。

降速可節(jié)約電能65．1×12．5%×12=976500kW·h。

折成電費(fèi)為60．55萬元。

（2）降速可延長設(shè)備壽命效益計(jì)算，創(chuàng)效11萬元。

①例如滾動(dòng)軸承使用壽命計(jì)算公式如下：

式中：

L10h―基本額定壽命，h；

c―基本額定動(dòng)載荷；

P―當(dāng)量動(dòng)載荷；

ε―壽命指數(shù)（球軸承ε=3，滾子軸承ε=10/3）；

n―軸承工作轉(zhuǎn)數(shù)。

同等運(yùn)量條件下式中的基本不變，可以設(shè)為常數(shù)，則滾動(dòng)軸承使用壽命L10h與軸承轉(zhuǎn)數(shù)n成反比，即軸承轉(zhuǎn)速越低，其使用壽命越長。帶速由4m/s降到3．5m/s代入計(jì)算公式，軸承的使用壽命延長12．5%。

巖破膠帶系統(tǒng)膠帶機(jī)共有各型號(hào)滾筒19個(gè)，各型號(hào)托輥約6435個(gè)，每年因滾動(dòng)軸承損壞導(dǎo)致滾筒更換數(shù)量約為5個(gè)，托輥約為300個(gè)；滾筒軸承均價(jià)為6000元/個(gè)，托輥均價(jià)為300元/個(gè)（托輥軸承損壞后不能修復(fù)，即報(bào)廢）。

滾筒軸承及托輥備件費(fèi)用：6000元/個(gè)×5個(gè)滾筒×2個(gè)軸承/滾筒+300元/個(gè)×300個(gè)=15萬元。

另外，更換滾筒及托輥檢修費(fèi)用每年約為5萬元。

總費(fèi)用為20萬元。按照降速后延長使用壽命12．5%計(jì)算，可節(jié)省滾筒軸承及托輥備件和檢修費(fèi)用總計(jì)為 20 萬元 ×12．5%=2．5 萬元。

②降速可降低膠帶劃傷機(jī)率，巖破膠帶系統(tǒng)膠帶總長為2300米，每年因膠帶劃傷、撕裂需更換大約為200米，每米膠帶價(jià)格為1100元，合計(jì)為22萬元，按照降低機(jī)率約為12．5%計(jì)算，可節(jié)省成本為22萬元×12．5%=2．75 萬元。

③降速可使電動(dòng)機(jī)輸出功率下降，即供電線路、變壓器、變頻器的輸出電流均隨之下降，則溫升下降，電纜變壓器、變頻器、電動(dòng)機(jī)等重要的組成部分為絕緣材料，而絕緣材料老化的程度與溫度成正比，可用“八度規(guī)則”經(jīng)驗(yàn)規(guī)律來估算其使用壽命，即溫度每上升8℃，則其壽命降低一半。由此可見，降低溫升是延長電氣設(shè)備的關(guān)鍵，因?qū)w溫升是按時(shí)間指數(shù)函數(shù)增長的，非線性。這里且按線性來估算。

變壓器共5臺(tái)，大約為120萬元；變頻器共3組，大約為439萬元；電動(dòng)機(jī)共7臺(tái)，大約為308萬元；如壽命按15年計(jì)算，使用年限延長12．5%，大約年可節(jié)約 5．75 萬元。

上述⑴⑵項(xiàng)合計(jì)為71．55萬元。

5 結(jié)語

根據(jù)巖破膠帶系統(tǒng)的實(shí)際產(chǎn)量與設(shè)計(jì)產(chǎn)量的對(duì)比，從降本增效角度考慮，適當(dāng)降低膠帶機(jī)運(yùn)行速度，可以降低巖破膠帶系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)成本，并能夠延長設(shè)備使用壽命，對(duì)設(shè)備的綜合效率發(fā)揮是有益的。