“V”形臨界狀態復雜工況下帶式輸送機的分析與應用

劉思敏

（晉能控股煤業集團挖金灣虎龍溝煤業有限公司， 山西 朔州 038300）

引言

國民經濟的發展和科學技術進步，促使帶式輸送機在煤礦行業煤料運輸中的應用越來越廣泛，對比煤料的其它運輸方式和設備，帶式輸送機具有輸送距離長、運量大、辦結輸送、運行可靠等優點。煤礦井下巷道中帶式輸送機的布置方式趨于多樣化，常見有長距離運輸、長距離大傾角向上運輸、大傾角向下運輸等幾種類型[1]。同時在煤礦井下巷道中，因為工況的因素，帶式輸送機的布置也有一些特殊的臨界狀態的類型，主要有：長距離小傾角向下運輸的布置、“V”形布置和“反V”形布置方式。本文主要是針對晉能控股煤業集團挖金灣虎龍溝煤業井下帶式輸送機縱向布置呈“V”形的設計研究。

1 帶式輸送機概況

虎龍溝煤業位于山西省懷仁縣鵝毛口鎮，8.921 7 km2，設計生產能力為120 萬t/年，主要開采石炭系5號、8 號煤層。虎龍溝煤業礦井-470 m 水平四采區出煤巷帶式輸送機呈縱向“V 字”形布置，其布置示意圖如圖1 所示。

圖1 帶式輸送機縱向“V”形布置示意圖

帶式輸送機原始設計參數：運量Q=1 200 t/h，帶寬B=1.2 m，帶速V=3.15 m/s，機長L=1 320 m，提升高H=-47.4 m，傾角β=-16°~16°，輸送帶型號ST/S800。

2 運行工況分析

帶式輸送機縱向“V”形布置對比長距離小傾角向下運輸的布置和“反V”形布置方式，其運行存在共同點，三者臨界狀態帶式輸送機都存在電動或發電狀態的不確定性[2]。但是帶式輸送機縱向“V”形布置的工況更加復雜，其運行工況具體情況如下：

1）帶式輸送機布置形式非常復雜，整個運行區段分為大傾角下運區段、水平區段、大傾角上運區段和小傾角下運區段四個部分。

2）在空載運行工況下，始終存在圓周驅動力Fu≥0。

3）在滿載運行工況下，當模擬運行阻力摩擦因數取較大值，Fu≥0；模擬運行阻力摩擦因數取小值，圓周驅動力Fu≤0。

4）除此之外，在縱向“V”形布置臨界狀態帶式輸送機的存在電動或發電狀態的不確定性，其發電運行工況和動力制動工況宜按計入超載系數后的輸送量計算，一般輸送量超載系數不宜小于1.1。

3 設計計算與部件選型

3.1 模擬摩擦阻力因數f 的取值

依據《DTⅡ（A）型帶式輸送機設計手冊》可知，在帶式輸送機設備上，對于模擬摩擦阻力因數f 的取值無具體的確定值。一般其f 的取值范圍為0.012~0.03之間，當帶式輸送機處于電動工況時f 取較大值范圍區間，當帶式輸送機處于發電工況時f 取小值范圍區間。

3.2 設計計算

3.2.1 已知參數

qRO為承載分支托輥組旋轉部分質量，取18.5 kg/m；qRU為回程分支托輥組旋轉部分質量，取6.5 kg/m；qB為輸送帶質量，取26.4 kg/m；qG為輸送物料質量，取106 kg/m；C 為附加阻力系數，取1.070 8；f 為模擬摩擦因數，取0.012~0.03；L 為L1+L2+L3+L4=1320m；H 為H1+H2+H3+H4=-47.4 m；g 為重力加速度，取9.81 m/s2；Fs1為主要特種阻力，取1 600 N；Fs2為附加特種阻力，取4 200 N。

3.2.2 各種工況圓周力計算

3.2.2.1 滿載運行圓周力（f=0.03）

Fum=CFH+FSt+FS1+FS2=CLgf（qRO+qRU+2qB+qG）+qGHg+FS1+FS2。

當f=0.017 時，Fum=0。

3.2.2.2 空載運行圓周力（f=0.03）

Fum=CLgf（qRO+2qB+qRU）+FS1+FS2.

3.2.2.3 最大正功率圓周力（f=0.03）

L1向下段、L4微向下段空載，L2水平段、L3向上段有載。

3.2.2.4 最大負功率圓周力（f=0.012，計入超載系數1.1 校核）

L1向下段、L4微向下段有載，L2水平段、L3向上段空載。

計入超載系數1.1，計算最大負功率圓周力Fumin=-113 066 N。

3.2.2.5 最大正功率啟動圓周力

計算啟動工況時，f=0.03，啟動加速度a=0.2 m/s2。

3.2.3 制動力的計算

制動力不僅要滿足帶式輸送機發電制動，而且要考慮動力制動，同時還要滿足突然斷電情況下制動要求，即考慮工作時的制動和帶式輸送機停止時的安全制動[3]。安全制動應計入輸送量超載系數和安全制動系數，GB 50431—2008《帶式輸送機工程設計規范》中規定安全制動系數不應小于1.5。AQ10552008《煤礦建設項目安全設施設計審查和竣工驗收規范》中規定，制動裝置的制動力矩與設計最大靜拉力差在閘輪上的作用力矩之比不得小于2，也不得大于3。為安全考慮，一般遵從后者，制動系數取2~3 之間。

3.2.3.1 滿載運行制動圓周力

計算制動工況時，f=0.012，制動減速度a=-0.2 m/s2。

3.2.3.2 安全制動應滿足帶式輸送機靜止時逆止力的需要

1）L1向下段、L2水平段、L4微向下段空載，L3向上段有載（f=0.012）。

2）L1向下段、L2水平段空載，L3向上段、L4微向下段有載（f=0.012）。

3）二者比較，取大值。

3.2.3.3 最大負功率制動圓周力（f=0.012）

L1向下段、L4微向下段有載，、L2水平段、L3向上段空載（f=0.012）。

計入超載系數1.1，計算最大負功率圓周力FBin=175 357 N。

3.2.4 各種工況受力計算結果

按相應公式計算各種工況的受力情況，其計算結果如表1 所示。

表1 各種工況受力情況計算結果表

3.2.5 電動機功率計算

拉近裝置位置的不同影響輸送帶的張力和滾筒與輸送帶之間的摩擦力，從而對計算輸送帶強度和電動機功率有影響，當輸送帶型號確定后，拉近裝置位置對滾筒與輸送帶之間的摩擦力的影響微小可忽略不計。拉緊裝置的設置應滿足各種工況下輸送帶與滾筒間不打滑和垂度的要求[4]。本例中拉緊裝置最終設在機頭驅動滾筒松邊附件處，按在L1、L2交點處緊邊張力撓度條件確定。

參數選取：電壓降系數η1=0.92；減速器和聯軸器效率，電動工況ηD2=0.90，發電工況ηF2=0.95。

電動機功率計算：電動工況時PM=FUV/（1000η1ηD2）；發電工況時PM=FUVηF2/（1 000η1）。

電動機功率計算符合下列條件：

1）按全程滿載工況計算電動機功率（125 kW），并按最大正功率（513 kW）、最大正功率啟動工況（625 kW）校核電動機過載和啟動能力。

2）按全程空載工況計算電動機功率（145 kW）。

3）按最大負功率（-329 kW）、計入超載系數的最大負功率（-368 kW）校核電動機過載能力。

4）采用動力制動時，按制動工況（-458 kW）、計入超載系數的制動工況（-503 kW）校核電動機過載能力。

3.3 設備選型

根據以上分析，帶式輸送機的選型為：YB33552-4型雙電機雙滾筒驅動，功率為2×350 kW；YOTcs560B限矩型液力耦合器；M370+F 減速器，減速比為20；防爆型BYWZ5-500/80 液壓推桿制動器。

當前四采區出煤巷帶式輸送機已于2020 年5月，按縱向“V 字”形布置安裝并投入到實踐應用過程中，整體運轉良好，能較好的完成煤料的運輸任務。

4 結語

虎龍溝煤業四采區出煤巷帶式輸送機縱向“V字”形臨界狀態布置中，含有上運區、平運、下運等多個區段，工況較為復雜程度。對其各種工況比選后，在充分了解工藝要求和充分分析各工況的情況下確定了部件的選型，帶式輸送機實際運行效果理想，設計合理。