大功率強力帶式輸送機部件配置選型及設計

樊 博

(西山煤電集團有限責任公司杜兒坪礦，山西 太原 030053)

0 引 言

我國煤炭資源存量豐富，煤炭年產(chǎn)量位居世界第一。隨著工業(yè)化的加速進程，我國煤礦逐步邁向高效高產(chǎn)的行列。為了解決礦上由于產(chǎn)量大而造成的運輸問題，研究和開發(fā)大功率帶式輸送機可以有效的解決運輸距離長，運輸量較大等問題。

強力帶式輸送機的核心要素為監(jiān)測與動態(tài)分析，帶式輸送機在啟動時的動載荷變化、彈性波的傳動速度等均對強力帶式輸送機的設計有著至關重要的作用。此前國內(nèi)許多學者對此進行過研究與分析。馬宏偉[1]針對強力帶式輸送機在啟動及運行過程中易發(fā)生打滑、撕裂等故障的問題，對礦用帶式輸送機的智能監(jiān)測系統(tǒng)進行設計，通過構建智能的監(jiān)測平臺，實現(xiàn)了對強力帶式輸送機的智能保護，為礦山安全運行作出貢獻。李永蘇[2]在分析了復雜條件下強力帶式輸送機驅動方式的基礎上，對國內(nèi)現(xiàn)有的驅動方式進行研究，選擇閥控調(diào)速型液力偶合器來實現(xiàn)大功率及長距離運輸?shù)囊螅Ⅱ炞C了設計的可行性與優(yōu)越性。盧杉[3]在國內(nèi)外帶式輸送機的基礎上進行研制，新設計的大功率強力帶式輸送機具有超大功率同時具有高速及高強度等特點，為礦山實現(xiàn)遠距離運輸提供參考。 李允旺[4]在分析了大量的帶式輸送機的事故數(shù)據(jù)，再結合帶式輸送機斷帶事故造成的危害，對此提出了預防帶式輸送機故障的措施，并對帶式輸送機的斷帶保護進行了研究，保證礦山的安全運行。本文在分析國內(nèi)外帶式皮帶機的的配置選型基礎上對其部件配置進行優(yōu)化設計選型，旨在實現(xiàn)礦山帶式輸送機的長距離、大功率運載。為提升國內(nèi)帶式輸送機的運載能力提供一定的借鑒。

1 大功率帶式輸送機結構及部件配置設計

1.1 大功率帶式輸送機結構及設計技術要點

此次設計的超大功率帶式強力輸送機頭部選用三電機雙滾筒驅動，凸弧的半徑及凹弧的半徑分別為200 m和300 m，在輸送機的尾部重錘張緊，同時為了防止皮帶機發(fā)生跑偏事故，上托輥選擇前傾式槽形托輥，下托輥采用下傾式V形托輥，在頭部的滾筒出設置H及P合金掃器，且在頭部的改向滾筒位置安裝逆止器，防止發(fā)生逆轉。為了滿足礦山運載量大的要求，此設計將輸送機的功率調(diào)整至3×640 kW，并相應的調(diào)整各部件的配置方案。

1.2 部件配置設計方案

為了防止皮帶機由于速度過快造成的設備安全事故，帶式輸送機的啟動速度一般設定為45 s/km，在考慮帶式輸送機的停車等情況后，需要將帶式輸送機的停車時間加10 s左右。由于本文設計的帶式輸送機的功率較大(4×630 kW)，所以在進行停車時，需要采取多點的停車驅動，但由于停車驅動會對功率造成一定的不平衡性，對此提出如下的裝配方案如表1所列。目標解決停車驅動造成的不平衡。

表1 驅動方案設計表

(1) 驅動部件

驅動部件采用雙滾筒四驅動的方式，功率的配比為2：2，功率的配置選用630 kW，選用進口調(diào)速液力耦合裝置+進口硬齒減速器+三相隔爆型一步電動機。國產(chǎn)調(diào)速耦合器不僅具有對加速度進行監(jiān)測及反饋的作用，同時其具有對速度的控制作用，本文將其垂直于煤流的方向，所以傳動滾筒為雙出軸。皮帶機的四驅布置執(zhí)行機頭前一級滾筒兩端分別布置驅動部，后一級同樣為兩側布置驅動部。這樣布置不僅價格較低且具有較高的可靠性及維修靈活性。

(2) 滾筒部件

滾筒部件是帶式輸送機重要的傳力部件，此設計選用重型滾筒，整體選用鑄焊結構，同時選用人字形隔熱耐磨膠面，兩側的傳動滾筒通過聯(lián)軸器進行聯(lián)動。傳動滾筒采用目前最為常見的高強度鑄件。滾筒軸選用40Cr鋼，滾筒鑄成后按照GB10595-89進行檢查，合格后用于裝配。人字形隔熱耐磨膠面厚度不得低于10 mm，且硬度應當滿足60-5A～60+5A。卸載滾筒和傳動滾筒的軸承型號分別為3548與3544，改向滾筒選用3536。傳動滾筒結構示意圖如圖1所示。

圖1 傳動滾筒結構示意圖

(3) 主機架設計

根據(jù)礦井的實際情況對卸載滾筒的支架、拉緊改向滾筒的支架、傳動滾筒的支架等進行設計，選定三角架式結構，連接處采用219×10鋼管及159×10鋼管+法蘭進行連接。連接后的主機架剛性較好，拆裝方便、結構也較為簡單。

(4) 機身

機身的設計選用DTII型落地式支腿承載，機身的上下托輥分別安裝在縱梁位置，H支架的選用75×6角鋼，托輥的中間梁選用70×4鋼管，且通過螺栓進行連接，中間架的材質(zhì)選用12#槽鋼。為了保證機身具有較高的耐腐性，此設計的機身進行涂漆防腐，保證其使用壽命達到最大化。

(5) 托輥

為了實現(xiàn)礦山的經(jīng)濟效益，盡可能提升膠帶機的使用年限，此設計研制出一種防止跑偏時發(fā)生切割的托輥組，且在各托輥架設定有調(diào)節(jié)槽，用于調(diào)整托輥的位置一次達到防止輸送機跑偏故障。托輥的材質(zhì)選用沖壓型托輥專用型軸承，此類材質(zhì)不僅質(zhì)量較低、旋轉阻力較低、壽命長等特點，而且其密封性較好。在設計承載托輥時，利用35°槽角偏置式托輥，次托輥具有較好的防跑偏作用。緩沖托輥選定為橡膠圈式，一共需要18組，每組間的間距為0.6 m，且在頭部及尾部設置過渡托輥。托輥的輥皮選用高頻焊管，托輥的軸選用高精度冷拔軸，直徑為30 mm。托輥的軸承為型號KA306的深溝向心軸承，軸承座為多次冷沖壓軸承座，其使用壽命不得低于30 000 h。

(6) 清掃器

設計的皮帶機擁有6個清掃器，在卸載滾筒的位置安裝H型和P型的清掃器，此外在傳動滾筒前應當設置空段清掃器；兩傳動滾筒的位置安裝橡膠清掃器；張緊改向滾筒的位置處安裝空段清掃器。清掃器可以有效的減少皮帶機上沾粘的物料，降低皮帶機的摩擦損耗，提升其使用年限。

(7) 膠帶

膠帶是帶式輸送機的核心部件，膠帶的價格一般占據(jù)了整臺輸送機的30%～40%左右，所以選定合適的膠帶不僅可以有效的降低輸送機的承載力同時可以保障輸送機的使用壽命，降低其發(fā)生輸送過程中的損傷事故。常見的普通型膠帶具有橡膠覆蓋層，其可承受的溫度環(huán)境一般為-20～40 ℃。本機采用ST3150-1400鋼絲繩加強防撕裂型強力膠帶，與普通膠帶比可以具有強度高、伸長量小、成槽性好、抗疲勞性好、壽命長等優(yōu)點。

(8) 張緊裝置

煤礦帶式輸送機常見的張緊張緊裝置多為機械式裝置，但機械式張緊裝置的張緊力是一個固定值，所以其大小均是根據(jù)實際的操作經(jīng)驗進行確定，當設定的張緊力過大時，容易發(fā)生膠帶的磨損及斷裂事故，但張緊力過小時同樣會發(fā)生膠帶打滑等事故，所以機械張緊裝置并不能符合本次設計，本文選定DYL型液壓拉緊站。DYL型液壓拉緊站由蓄能站、拉緊油箱、電氣控制箱、液壓站及附件組成 ，其相互間的連接圖如圖2所示。

圖2 膠帶液壓拉緊站示意圖1.粗過濾器 2.液壓油泵 3，13.溢流閥 4.精過濾器 5.手動換向閥 6.液壓單向閥 7.壓力表 8.液壓油缸 9.動滑輪 10.張緊小車 11.蓄能站 12.電磁換向閥 14.液壓油箱 YJ1、YJ2、YJ3.壓力繼電器

系統(tǒng)工作流程：當帶式輸送機工作時，此時的張緊裝置處于張緊狀態(tài)，啟動輸送機的主電機，通過電器控制使得油泵電機開始運轉沒帶動油泵2，油進過單向閥6流進油缸8的活塞桿，然后通過動滑輪9及張緊小車10。油泵工作時系統(tǒng)的壓力處于上升階段，當壓力上升至YJ3的整定值時，帶式輸送機啟動。當系統(tǒng)的壓力達到YJ2的整定值后，油泵繼續(xù)運行，當及值達到YJ1的整定值時，此時電機停止運行[5]。

2 應用效果

此次設計的帶式輸送機經(jīng)過機電制造廠制作完成后，在某礦進行安裝調(diào)試。自運行以來各項性能均能滿足設計最初的要求，運行良好。經(jīng)過后期對設備的維修及檢測發(fā)現(xiàn)，設計后的帶式輸送機驅動部得到了最優(yōu)啟動，減小了驅動部件的磨損情況，降低了維修的成本，延長了其使用壽命。此次的帶式輸送機部件配置雖前期投資較高，但實現(xiàn)了帶式輸送機的大功率運載及工作性能的穩(wěn)定，有效的提升了礦山的經(jīng)濟效益。

3 結 語

在原有帶式輸送機的基礎上，通過采用國產(chǎn)電機+調(diào)速液力耦合器+進口減速器的配置方式，完成了驅動部件、滾筒部件、機架、托輥、膠帶等裝置的設計，有效的提升了帶式輸送機的功率，成功解決了大功率帶式輸送機的設計選型問題。