中部驅動在大型可伸縮帶式輸送機的設計與應用

郭曉剛

(中國煤炭科工集團 北京華宇工程有限公司,北京 100120)

中部驅動在大型可伸縮帶式輸送機的設計與應用

郭曉剛

(中國煤炭科工集團 北京華宇工程有限公司,北京 100120)

基于長距離可伸縮帶式輸送機的設計,要受到礦井工作面自然條件、巷道的長度、采煤工作面運量等諸多因素的制約,且順槽帶式輸送機長度的合理選擇,對井下采區劃分至關重要。介紹了大型可伸縮帶式輸送機的典型應用,為廣大設計同行今后的設計工作提供借鑒。

中部驅動;長距離;可伸縮帶式輸送機

1 可伸縮帶式輸送機原理

可伸縮帶式輸送機與普通帶式輸送機的工作原理一樣,都是以輸送帶作為牽引承載機構的連續輸送設備,它與普通帶式輸送機相比增加了儲帶裝置、輸送帶收放裝置、自移機尾等。可伸縮帶式輸送機原理,見圖1。

圖1 可伸縮帶式輸送機原理圖1-卸載滾筒;2-傳動滾筒;3-傳動滾筒;4-儲帶倉;5-自移機尾Fig.1 Schematic Diagram of retractable belt conveyor(1. unloading roller; 2. driving roller; 3. driving roller; 4. belt storage device; 5. self-moving tail)

可伸縮帶式輸送機包含7個方面的關鍵技術:1)動態分析與監控技術;2)軟起動與功率平衡技術;3)中部驅動技術;4)自動張緊技術;5)高速托輥技術;6)自移機尾技術;7)高效儲帶技術。

在煤礦采區工作面設計中,順槽可伸縮帶式輸送機的長度往往影響著工作面的數量及布置方式,因此合理選擇順槽可伸縮帶式輸送機的長度至關重要。而順槽輸送機長度受到輸送帶強度和工作環境的限制,不能無限增大,只能通過中部多點驅動方式來解決長距離輸送物料問題。

目前中部驅動的方式主要有三種:直線摩擦式、鋼絲繩牽引式和滾筒卸載式。滾筒卸載式相較其它兩種具有:驅動單元結構簡單、拆裝方便、便于布置、制造成本低等特點,故成為煤礦工作面順槽可伸縮帶式輸送機的首選方案。

現結合本人的設計實踐,探討采用滾筒卸載式中部驅動時,驅動裝置的安裝位置及輸送帶張力的計算。

2 中部驅動點的設置

2.1中部驅動點的數量

根據煤礦井下工作面的生產實際,工作面需定期“搬家”,作為工作面主運輸設備的順槽可伸縮帶式輸送機拆裝較頻繁,為適應此種工況,設計應盡量減少中部驅動點的個數,通常僅布置一個中部驅動點。

2.2中部驅動點的位置

順槽帶式輸送機的輸送帶采用PVG/PVC型,這種輸送帶的優點是膠帶接頭用卡子結合,便于帶式輸送機的伸長與縮短。當帶式輸送機選型計算時,必須滿足規范要求的安全系數,而受輸送帶帶強、帶速的限制,順槽帶式輸送機不能無限制加長。

目前國內此種輸送帶可用到PVG/PVC 2500S(帶強2 500 N/mm),順槽帶式輸送機的帶速v≤4.5 m/s。通過大量經驗數據得出:中部驅動點的位置距離頭部機頭L/3～L/2處。

3 算例

圖2為陜西德源府谷能源有限公司三道溝煤礦建設工程85201順槽帶式輸送機簡圖,以此輸送機為例進行計算。

圖2 85201順槽帶式輸送機簡圖Fig.2 Belt conveyor diagram of 85201 gateway

帶式輸送機基本參數如下:運量Q=4 000 t/h;帶寬B=1 600 mm;運行速度v=4.5 m/s;機長L=4 600 m;中部驅動位置Ln=2 300 m;傾角α=0.3°;凈高差ΔH=25 m;初選輸送帶強度PVG 2 500 N/mm;托輥運行阻力系數f=0.03;傳動滾筒摩擦系數μ=0.3;上托輥間距ao=1.2 m;下托輥間距au=3 m;每米承載托輥轉動質量qRO=31.98 kg/m;每米回程托輥轉動重量qRU=11.17 kg/m;每米物料質量qG=246.91 kg/m;每米輸送帶質量qB=23.2 kg/m;附加阻力系數C=1.02;重力加速度g=10 m/s2。

1)圓周驅動力計算:

本帶式輸送機最危險工況為:全程有煤工況。

此時主要阻力FH=473 kN;特種主要阻力FS1=25 kN;特種附加阻力FS2=1.5 kN;傾斜阻力Fst=60 kN;圓周驅動力Fu=C·FH+FS1+FS2+Fst=569 kN。

2)電動機功率:

帶式輸送機正常運行時滾筒總的軸功率:

PA=Fuv=2 561 W.

驅動裝置為5驅(2∶1+1∶1),驅動電機所需驅動功率:

PM=PA/η/5=618 kW.

式中:η為總傳動效率,取0.83。實際選擇電機功率N=710 kW,滿足要求。

3)輸送帶張力計算:

該輸送機按照頭部三傳動滾筒三電機+中部二傳動滾筒二電機驅動(功率配比2∶1+1∶1)計算。令第I傳動滾筒的圍包角:α1=170°,eμα1=2.44(μ=0.3);第II傳動滾筒的圍包角:α2=170°,eμα2=2.44(μ=0.3);第III傳動滾筒的圍包角:α3=170°,eμα3=2.44(μ=0.3);假設第Ⅳ傳動滾筒的圍包角用足,即α4=200°,eμα4=2.85,FU4=FU/5=114 kN。

假設輸送帶不打滑,則最小張力為:

S5≥KA·FU4/(eμα4-1),啟動系數KA=1.05(CST 軟起動);

S5=65 kN;

S4-5=KA·FU/5+S5=185 kN;

S4=KA·FU/5+S4-5=305 kN;

尾部張力S3=S4-(FH-G1X+FH-B1x+FH-Rox+Fst-G1x+Fst-B1X+Fε-B1x+Fε-G1x)=18 kN;

S2=S3-(FH-B2+FH-RU+Fst-B2+Fε-B2)=

-29 kN;

S1-2=KA·FU/5+S2=91 kN;

S1=KA·2FU/5+S1-2=331 kN。

按輸送帶允許最大下垂度計算最小張力:

承載分支:Smin≥ao(qB+qG)g/8(h/a)max=41 kN;回程分支:Smin≥auqBg/8(h/a)max=8.7 kN;取(h/a)max=0.01,ao=1.2 m,au=3 m.

可見,輸送帶張力不滿足下垂度要求,返算結果得:

S1=435 kN,S1-2=200 kN,S2=84 kN,S3=130 kN;S4=410 kN;S4-5=293 kN,S5=175 kN。

驗算不打滑條件:

S1/S1-2=435/200=2.18

S1-2/S2=200/84=2.38

S4/S4-5=410/293=1.40

S4-5/S5=293/175=1.68

可得,各點張力均滿足下垂度、不打滑驗算要求。

4)輸送帶安全系數計算:

安全系數n=BSt/S1=1 600×2 500/435 000=9.2.

可見,安全系數在許用值范圍內,輸送帶強度選用PVG 2500S滿足要求。

5)其他有關計算從略。

6)選型結果:

帶式輸送機技術參數為:

Q=4 000 t/h,B=1 600 mm,v=4.5 m/s,α≈0.3°,L≈4 600 m,帶強為PVG 2 500 N/mm整體帶芯阻燃輸送帶。傳動滾筒直徑為1 250 mm,驅動型式為頭部二傳動滾筒三電機+中部二傳動滾筒二電機驅動(配比2∶1+1∶1),采用CST可控軟啟動驅動裝置(CST750KS-22.12,5臺),電動機型號為YB25003-4型(防爆型)(710 kW,10 kV),5臺。采用頭部液壓自動拉緊方式,拉緊裝置型號ZYL500J(05-600)SH,N=30 kW,660/1 140 V(防爆)。

4 結束語

中間驅動技術是大型可伸縮帶式輸送機最有效的驅動技術。它主要是把輸送機的一部分功率分散到帶式輸送機的各個驅動點,從而降低輸送帶運行的最大張力,降低輸送帶強度,減少元部件的單機驅動功率,節省成本,提高輸送機的輸送能力。

長距離、大運量可伸縮帶式輸送機最佳中部驅動方式是滾筒卸載式。中部驅動技術可大幅降低輸送帶張力,尤其對近水平或微傾角帶式輸送機效果更加明顯。該驅動方式的成功應用,取得了一定經驗,值得在煤礦井下大型可伸縮帶式輸送機上推廣使用。

[1] 北京起重運輸機械研究所．DTⅡ(A)型帶式輸送機設計手冊[M]．北京:冶金工業出版社，2003．

[2] GB 50431-2008,帶式輸送機工程設計規范[S].中國計劃出版社，2013.

[3] 馬蘭，鹿志堅，王永誼.轉載式多點驅動帶式輸送機設計計算[J].起輸運輸機械，2000(9):4-8.

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LIU Bing.Central Multi-point Driving Technology and Application Example of Long Distance Belt Conveyor[J].Opencast Mining Technology,2016(5):48-51.

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LI Shizhong.Design and Selection of the Long Distance and Large Capacity Telescopic Belt Conveyor[J].Coal Machinery,2005(11):34-36.

DesignandApplicationonCentralDriveinLargeRetractableBeltConveyor

GUOXiaogang

(BeijingHuayuEngineeringCo.Ltd.,ChinaCoalTechnologyandEngineeringGroup,Beijing100120,China)

The design of long-distance retractable belt conveyor is subject to many factors,including natural conditions of working face,roadway length,and the traffic volume.The reasonable selection of the length of the gateway retractable belt conveyor is critical for the division of mining areas.The paper introduces some typical applications of the large retractable belt conveyor,which could be useful for the similar design.

central drive; long-distance; retractable belt conveyor

1672-5050(2017)04-0037-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.08.011

2017-06-08

郭曉剛(1985-),男,黑龍江哈爾濱人,大學本科,工程師,從事礦井機制工作。

TP3

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(編輯:薄小玲)