淺談可伸縮帶式輸送機不同驅動布置方式的張緊力

李偉鋼

(神東煤炭集團皮帶機公司，內蒙古鄂爾多斯 017209)

0 引言

可伸縮帶式輸送機主要用于煤礦綜采工作面回采及連續采煤機巷道掘進時的煤炭運輸，其實際安裝長度適時的發生變化，配套張緊裝置分為變頻控制張緊或液壓張緊。綜采工作面配套的可伸縮帶式輸送機在礦井一線通常叫做順槽膠帶機，以神東煤炭中心區煤礦綜采工作面為例，多數可伸縮帶式輸送機安裝長度為3 000 m，雙傳動滾筒3臺電動機驅動，根據礦井規劃一次安裝全長度，隨綜采工作面的開采輸送機的長度呈縮減狀態，對功率的需求越來越小。而連采機后配套的可伸縮帶式輸送機則是隨著巷道掘進安裝長度呈遞增狀態，對功率的需求也越來越大。目前國內綜采工作面配套的可伸縮帶式輸送機帶寬以1 200 mm、1 400 mm、1 600 mm為主，最大帶寬達到1 800 mm，單機運輸距離6 000 m，功率3×1 600 kW，目前這種國內單機功率最大，機頭集中驅動的距離最長的可伸縮帶式輸送機，已于2018年3月份配套神東上灣煤礦首套8．8 m大采高綜采工作面。連采機用可伸縮帶式輸送機以帶寬800 mm、1 000 mm為主，單機最大運輸距離3 200 m，功率2×200 kW，此型號的可伸縮帶式輸送機為神東煤炭集團各煤礦連采用可伸縮帶式輸送機的主力機型。隨著長距離、高帶速、大運量可伸縮帶式輸送機的不斷出現，多滾筒多電動機驅動的可伸縮帶式輸送機使用較為普遍，要實現可伸縮帶式輸送機的正常運行，張緊力的正確設置尤為重要，文中對可伸縮帶式輸送機不同驅動裝置分布形式張緊拉力的分析，利于進行合理選擇，更好地使用可伸縮帶式輸送機。

1 輸送帶張力必須滿足的條件

帶式輸送機正常運行時輸送帶的張力均需滿足以下兩個條件:①在任何負載情況下，作用在輸送帶上的張力應使得全部傳動滾筒上的圓周力通過摩擦傳遞到輸送帶上，而輸送帶與滾筒間應保證不打滑，即滿足不打滑要求;②作用在輸送帶上的張力應足夠大，使輸送帶在兩組托輥間的垂度小于一定值，即滿足下垂度要求。

以上條件不僅適用于通用帶式輸送機，同樣適用于可伸縮帶式輸送機。而國內現在尚無可伸縮帶式輸送機方面的相關國家或行業標準，文中主要參考《DTII(A)帶式輸送機選型手冊(第2版)》。依據礦井的具體使用環境選擇合適的模擬摩擦系數，對于運行條件較好的礦井，建議f值取0．022，條件較差的選取0．025～0．03。如果安裝精度高，托輥旋轉阻力小，礦井使用環境好，負載相對均勻f值可在0.017～0．02之間進行選取，其它數據根據礦井現場情況進行選取，也可以借助已有的計算軟件協助進行計算，參考選型手冊可以方便計算出圓周驅動力FU，對較好的傳動滾筒與輸送帶之間的摩擦系數取0．35，傳動滾筒包覆層及輸送機較新且煤泥少的摩擦系數可適當選大，對傳動滾筒包覆層磨損嚴重煤泥較大的則需要選擇較小的摩擦系數。在下面的計算中對輸送帶和傳動滾筒包覆層摩擦系數取0．35，傳動滾筒圍包角取210°，根據這兩個參數歐拉系數euФ可在選型手冊中查出為3．607，通過張力計算以圓周驅動力FU=180 kN為例。其中帶寬B=1 400 mm，運量 Q=2 500 t/h，帶速 v=4 m/s，運輸距離L=3 000 m，上托輥間距a0=1．5 m，下托輥間距au=3 m，PVC1800S整芯阻燃輸送帶每米重量qB=32 kg/m，水平運輸。

2 等功率分配法計算

等功率分配就是將總圓周驅動力按驅動裝置的數量進行平均分配，以達到各個電動機輸出功率相等，如圖1 所示。電機功率分配比有 1∶1、2∶1、2∶2。

圖1 圓周驅動力示意圖

可得出:F2euФ－F2=F2(euФ－1)=FU

F2=FU/(euФ－1)，F2即為傳動滾筒奔離點的張力。

2．1 單傳動滾筒一臺或兩臺電機驅動裝置

根據不打滑條件計算最小張緊力:

下垂度校核:

其中:a0—上托輥組間距，通常間距為1．5 m;qB—每米輸送帶的重量，取32 kg/m;qG—每米輸送物料的重量，取173．61 kg/m;按小時運量2 500 t/h，帶速4 m/s，qB=Q/(3．6 V);Q—運量;g—重力加速度，9．81 m/s2;h/a—兩托輥之間輸送帶允許的垂度，一般 h/a≤0．01。

其中:au—下托輥組間距，取3 m。

張緊力選取時在最小張緊力、下垂度校核中選取大者為傳動滾筒奔離點的張緊力，故該機初選張緊力應大于69．04 kN，正常運行時張緊力歸整取75 kN即可。

2．2 雙傳動滾筒1∶1兩臺電機驅動裝置

兩臺驅動裝置作用在主副傳動滾筒上的牽引力是相同的，副傳動滾筒分配牽引力為圓周驅動力Fu的二分之一。根據不打滑條件計算副傳動滾筒的最小張緊力。

上下分支下垂度最小張力與2．1節第一種情況相同不再另行計算，因上分支下垂度最大張力為37.82 kN，此膠帶機正常運行時張緊力應大于37.82 kN，歸整為45 kN即可。主副傳動滾筒圓周驅動力分配是相同的，所以兩個傳動滾筒不打滑所需最小張緊力大小是一樣的，而主傳動滾筒奔離點的拉力為二分之一圓周驅動力達到90 kN，大于45 kN，滿足不打滑最小張力，不用另行考慮。

2．3 雙傳動滾筒2∶1三臺電機驅動裝置

雙傳動滾筒3臺驅動裝置按2∶1功率配比進行分配，副傳動滾筒分配的圓周驅動力為整機圓周驅動力的三分之一，根據不打滑條件計算副傳動滾筒的最小張緊力。

上下分支下垂度校核與第一種情況相同不再贅述。此時膠帶機上分支下垂度校核所需最大張力為37．82 kN，大于副傳動滾筒奔離點23．01 kN最小張力值，因膠帶機正常運行需滿足兩個必備條件，缺一不可，設置副傳動滾筒奔離點拉力值大于下垂度所需張力，取45 kN。這種布置方式時主傳動滾筒奔離點的拉力為三分之一圓周驅動力60 kN，大于設置值45 kN，滿足不打滑最小張力，不用另行計算。

2．4 雙傳動滾筒2∶2四臺電機驅動裝置

雙傳動滾筒4臺驅動裝置按2∶2的功率配比進行分配，副傳動滾筒分配的圓周驅動力為二分之一最大圓周驅動力，按不打滑條件計算，所得最小張力值與第二種情況相同，運行張力為45 kN。此時主傳動滾筒奔離點的拉力同為圓周驅動力的一半90 kN，大于45 kN，滿足不打滑最小張力，不用另行計算。

2．5 雙傳動滾筒1∶2三臺電機驅動裝置

兩個傳動滾筒3臺驅動裝置按1∶2功率進行分配，根據不打滑條件計算副傳動滾筒的最小張緊力，副傳動滾筒分配的圓周驅動力為整機圓周驅動力的2/3。

這種布置方式時副傳動滾筒奔離點最小張力大于下垂度最小張力，取50 kN。此時主傳動滾筒奔離點的拉力為三分之二圓周驅動力為120 kN，大于50 kN，不用另行計算。表1為不同功率配比驅動裝置對比表。

表1 不同功率配比驅動裝置對比表

3 傳動裝置受力分析

3．1 副傳動滾筒的張力

通過前述計算，長距離大功率單驅動滾筒張緊力最大，一般不推薦，但對于較小的開采長度工作面配套的可伸縮帶式輸送機，單臺電動機功率可以滿足使用要求時可以另行考慮。相同圓周驅動力雙滾筒傳動，功率分配2∶1較為科學，計算出副傳動滾筒張力最小，1∶1及2∶2時次之，1∶2時最大。按 1∶2的形式布置時副傳動滾筒奔離點的最小張力是2∶1時的兩倍，這一情況在實際工作中得到了驗證，相同開采條件相同設備因為驅動裝置布置不同，副傳動滾筒打滑導致輸送機無法正常運行，解決辦法減少產量將3臺驅動改成雙滾筒雙驅動，或重新進行設備安裝更改為2∶1的驅動方式。

當可伸縮膠帶機的運量及托輥間距確定時，滿足下垂度的最小張力是一定的，不隨安裝長度的變化而增加。對于長距離的可伸縮帶式輸送機，圓周驅動力增大，按不打滑條件計算的最小張力大于下垂度的最小張力，合理的驅動布置方式可以減少部件的受力狀況。

綜采工作面配套帶工式輸送機隨著安裝長度越來越短，當驅動裝置輸出功率小于安裝時輸出功率的三分之二時，可以拆除主傳動滾筒的一臺驅動裝置功率配比按1∶1運行，這時副傳動滾筒奔離點最小張力為23．01 kN，小于上分支下垂度最小張力37．82 kN，所以運行張力不變仍為45 kN。運量不變時這一張力持續到工作面開采完畢。

3．2 減少設備啟動時的張緊力

可伸縮帶式輸送機在使用的過程中，傳動滾筒的包覆層和輸送帶膠面隨著過煤量的增加會有所磨損，菱形花紋或人字形花紋的溝槽深度減小，使傳動滾筒與輸送帶之間的煤泥與水不能被正常排出而形成水膜，降低兩者之間摩擦系數，若出現這種情況根據上述計算方法所得的張力就無法滿足不打滑的條件，這時就需要對張緊力進行重新計算，將包覆層與輸送帶之間的摩擦系數調整為0．3或更低，也可根據實際的使用情況進行確定。如果煤泥較大時有可能影響這一牽引力的傳遞，為了避免這樣的情況，一是在設備入井前對傳動滾筒包覆層進行檢查，磨損嚴重則需要對包覆層進行更換;二是為保證傳動滾筒包覆層接觸面的輸送帶處于清潔狀態，即增加清除煤泥的清掃器和除水清掃器，具備條件的可以進行噴水并使用毛刷清掃器清除，確保傳動滾筒的牽引力可以通過輸送帶與包覆層之間的摩擦傳動到傳送帶上，上面兩點則是為了合理地減少設備啟動運行時的張緊力。

重錘張緊是最佳的張緊系統解決方案，因可伸縮帶式輸送機受煤礦井下條件的限制，通常選擇的配套張緊裝置為變頻張緊或液壓張緊裝置，輸送機通常在短短幾十秒內就會從零速度加速到額定帶速，大多張緊裝置無法適時地跟隨，在此過程中通常會出現張力下降的情況，難以保持啟動時設置張力，解決的辦法是將啟動張力設置為運行張力的1．2～1．5倍，以彌補啟動時張力的快速下降。待帶速達到設定運行速度時再將張力調整到運行張力，這樣既可以避免整機部件長時間承受較大截荷，也可以延長輸送機帶扣的使用壽命。目前國內張緊裝置配套廠家多為單一產品供應商，對于可伸縮膠帶機系統了解不夠全面，使可伸縮帶式輸送機在使用過程中出現張力不足或過大的問題，且難以在較短時間內解決，通過對可伸縮帶式輸送機不同驅動裝置分布時張力的分析，改善這一狀況。

4 結論

(1)當可伸縮膠帶機的運量及托輥間距確定時，滿足下垂度的最小張力是一定的，不隨安裝長度的變化而增加。合理的驅動布置方式可以減少部件的受力狀況。當驅動裝置輸出功率小于安裝時輸出功率的三分之二時，可以拆除主傳動滾筒的一臺驅動裝置，功率配比按1∶1運行。

(2)為了合理地減少設備啟動運行時的張緊力，設備入井前對傳動滾筒包覆層進行檢查，磨損嚴重則需要對包覆層進行更換;增加清除煤泥的清掃器和除水清掃器，確保傳動滾筒的牽引力可以通過輸送帶與包覆層之間的摩擦傳動到傳送帶上。

(3)可伸縮帶式輸送機在使用過程中出現張力不足或過大的問題，且難以在較短時間內解決時，可通過對帶式輸送機不同驅動裝置分布時張力的分析改善這一狀況。