大傾角下帶式輸送機的設計

尚曉磊

（山西晉煤集團坪上煤業，山西晉城 048000）

0 引言

與傳統運輸機相比，大傾角下帶式輸送機的應用可以縮短巷道開拓周期，減少基礎設施建設成本，促使各個運輸裝置可以完全發揮自身功能，但也存在物料下滑等缺陷，這些缺陷將會對礦井生產安全造成嚴重威脅。目前，中國應用廣泛帶式輸送機的下運角為-25°，與國際存在較大區別。由于受到相關原理的影響，當其角度超出25°時，隨著該角度的不斷增加，其可控性也逐漸降低。如果無法對運帶式輸送機加以改善，將會造成嚴重的后果。本文以某礦井為對象進行研究，其所運輸的物料大多為矸石，堆積密度為1.8 t/m3，運輸距離為153 m，角度最大數值為-31°，運輸重量為400 t/h，塊度最大數值為300 mm，在國內很少遇見[1]。鑒于此，對大傾角運帶式輸送機進行合理地研究與設計具有極其重要的意義。

1 大傾角下運帶式輸送機研發目的

本次設計研發的目的主要是解決大傾角背景下運輸機存在的運輸問題，例如物料下滑等，為該輸送機的正常運行提供可靠依據。所運用的設計思路主要有以下幾點。

（1）由于受到矸石滑落及輸送角度的影響，因此輸送帶應當保持16 m/s的運行速度。同時，由于下運帶式輸送機存在長度過短、功率較低的問題，因此應當選擇機尾單傳動的方法，同時利用重錘小車將其進行拉緊處理[2]。

（2）為了防止下運帶式輸送機因矸石的影響而縮短使用期限，應當在卸料部位配置相應的毛刷清掃設備和震動清掃裝置，在尾端滾筒周圍配置相應的空段清掃裝置，如圖1所示。

圖1 下運帶式輸送機側型布置圖

（3）分別選用60°的平行托琨組與深槽托琨組作為回程托琨和承載托琨，其深槽托琨的相關參數如表1所示，參數構造如圖2所示。

表1 托輥參數表

圖2 深槽托輥參數結構圖

（4）由于帶式輸送機的破碎機僅可以處理300 mm的矸石，與寬帶相結合進行計算，其結果為800 mm，可以將其寬度設置為1 000 m。圖2中的陰影部分與托琨組中產生的堆積截面積極為相近，將其設定為0.16 m2，則傾斜折減系數為：

由式可知，帶式輸送機所運用的型號為ST800，各參數如表2所示。

表2 ST800型號帶式輸送機參數表

2 驅動體系與電控體系

2.1 驅動體系

處于滿載的背景下，ST800帶式輸送機存在較大的傾角，較短的長度。假定摩擦因子、附加阻力系數及圓周驅動力分別為0.012、1.58和-55 082.7 N，則傳動滾筒軸功率為：

電動機功率為：

式中：kd為電動機備用系數，1.2；η為傳動效率，0.98；ξ為電壓降系數，0.92；ξd為多機不平衡系數，1。

通過計算可知，電動機的功率為103.2 kW，傳動滾筒軸的功率為80.8 kW。

驅動裝置所使用的電機為YBBP-315M-4變頻電動機，功率為132 kW，同時運用了四象限變頻交流器和DTII04A5164 S型傳動滾筒[3]。為了使制動具備較強的合理性，運用以下公式計算制定力矩，則：

因此，可以運用相關規格的自冷盤式制動器。

2.2 電控系統

電控系統運行的關鍵部件為PLC。PLC是電動機轉速、電流傳感器等電控系統的關鍵部件，其電控系統如圖3所示。

圖3 電控系統示意圖

（1）電控體系最主要的參數為電動機的轉速和帶速。在該系統中加設了電動機帶速及轉速的檢測機構，目的在于對這2個參數進行合理轉化，促使其形成模擬信號[4]。

（2）配置綜保裝置的目的在于對輸送機的工作狀態進行檢測，及時找出其中存在的故障，如溫度過高、打滑等。

（3）根據相應的比例來對盤式控制器加以控制，使油壓維持在0.5～1MPa之間。

3 啟、制動控制系統

對于啟、制動控制系統而言，應當基于上載荷來區分該系統的運行狀態，主要分為電動工況與發電工況。

（1）與傳統的輸送機相比，電動工況輸送機有相同功能，在啟動時僅需要松開制動閘。在確保輸送帶固定不變時，應當與變頻器的加速曲線相結合來進行啟動。在制動過程中，應當將電動機的轉速降低，使其小于1 500 r/min，并將主機電源切斷，減小油壓，使其逐漸停止運行。

（2）在發電工況背景下，帶式輸送機大多以滿載狀態進行運行，此時可以將制動閘慢慢松開，輸送帶的運行則呈現為下行，通過速度傳感器來監測電動機的轉速與帶速。若轉速接近1 500 r/min時，主機方可投入運行。根據發電的實際狀況來進行制動操作，促使電動機的轉速大于同步轉速，應當依據合理的比例來降低油壓及閥電流值，從而減小輸送帶的運行速度。當轉速達到1 500 r/min時，可以使控制油壓不斷降低；當制動速度達到0.1～0.3 m/s2之后，可以停止運行[5]。

4 超速和打滑保護系統

（1）超速保護。若電機出現負載超標的問題時，其轉動速度將會持續擴大，形成相應的隱患問題，此時必須及時停載，直至轉速恢復正常之后，再繼續加載。對于超速Ι（應當將加載所對應的轉動速度持續降低），給煤機的電源將會自動切斷，在轉速恢復正常之后，給煤機的電源將會自動連通。若輸送機電機的轉動速度接近1 500 r/min時，運式輸送帶將會出現超載運行的狀況，此時應立即停止運行，以上這些工作狀況被稱為超速II。

（2）打滑保護。由于運輸帶與托琨之間所形成的摩擦力持續減小，因此這兩個設備間將會產生滑動現象，并且托琨所形成的表面線速度應當小于輸送帶運轉所形成的速度，因此產生了打滑I。

一旦產生這種問題，因摩擦力的影響，輸送帶將會出現磨損，更有甚者會產生嚴重事故，如瓦斯爆炸等。因此，應當對輸送帶的運行速度進行合理設置，一旦出現超標問題，給煤機的電力將會自動斷開。若因運輸帶卡死而產生打滑問題，則為打滑Π。這種打滑極易導致撕帶問題的產生，一旦產生這種狀況，應當及時停止運行[6]。

5 上鋪帶裝置

將上鋪帶安裝到帶式輸送機上的主要目的是為了對物料進行有效覆蓋，同時推動輔助帶的運作，避免物料出現滑落，同時應當將運輸帶與托琨之間所形成的摩擦力加以擴大，避免事故發生[7]。上鋪帶的構造如圖4所示。

圖4 上鋪帶裝置結構圖

6 應用效果分析

在對大傾角巷道帶式輸送機進行設計選擇時，其關鍵問題在于處理皮帶超速保護、物料下滑及啟動與制動控制，由根本上來處理這些問題。該輸送機自2017年開始投入使用以來，尚未產生物料下滑的問題，并且具備較好的節能性及可行性，取得了較好的運行效果，充分驗證了該方案的有效性[8]。

7 結束語

（1）該煤礦-30°大傾角帶式輸送機主要是通過對皮帶的運行速度加以有效地設置，并在輸送機上安裝相關設備來解決物料下滑及速度超標的問題。

（2）通過對運行效果加以分析，在常村煤礦的經營生產中，該輸送機并未產生物料下滑的問題，具有較好的節能性和可行性。