智能干選機帶式布料器的受力分析與計算方法

武國平，王君振，吉日格勒

(1.國家能源集團 神華準格爾能源有限責任公司，內蒙古 鄂爾多斯010300；2.天津美騰科技有限公司，天津300381)

哈爾烏素選煤廠隸屬于神華準能集團有限責任公司，是設計處理能力為36 Mt/a的動力煤選煤廠，現有分選工藝為：原煤經13 mm分級后，200～13 mm粒級塊煤由淺槽重介分選機分選，選后精煤破碎至50 mm以下由帶式輸送機運至產品倉，13～0 mm粒級末原煤由帶式輸送機運至產品倉。

為了提質增效，哈爾烏素選煤廠計劃將原煤由13 mm分級改為6 mm脫粉，6～0 mm粒級末煤直接入倉，200～6 mm粒級塊煤由淺槽重介分選機分選。此方案增加了對13～6 mm粒級物料的分選，但這樣會增加淺槽重介分選機的入料量，也會增大煤泥水系統的負荷。為此，哈爾烏素選煤廠又提出新的方案：將原煤進行50 mm分級后，200～50 mm粒級塊原煤進行干選，<50 mm粒級原煤再經6 mm脫粉，50～6 mm粒級原煤采用淺槽重介分選機分選，<6 mm粒級末原煤作為產品 。

200～50 mm粒級塊原煤采用TDS智能干選機分選，根據工藝計算可知，200～50 mm粒級塊原煤的目標處理能力約為300 t/h，設計采用兩套帶式布料器作為原煤的分選通道。帶式布料器是TDS智能干選機的核心輸送單元，它采用輸送帶作為牽引和承載部件，屬于與帶式輸送機類似的輸送設備，但其具體設計和應用又與帶式輸送機有著很大區別，兩者的受力分析與計算方法有所不同[1-2]。

1 TDS帶式布料器與帶式輸送機的區別

1.1 長度的區別

TDS帶式布料器一般都比較短，長度<10 m，在受力計算時，設備本身運轉部件的負荷占比很大，不能輕易忽略；而帶式輸送機普遍較長，其所承載的物料負荷占比很大，在計算中運轉部件的載荷可以忽略。

1.2 輸送能力的差別

帶式輸送機一般具有較大的輸送能力，如帶寬為B=1 600 mm的帶式輸送機在速度為2.0 m/s時，每小時可輸送原煤約為2 186 t；根據TDS干選機處理能力的要求，帶式布料器并不需要如此大的處理能力，按設計經驗，TDS帶式布料器的處理能力(以t/h計算)一般為輸送帶寬度 (以毫米為單位計算)的十分之一左右，如帶寬B=1 600 mm帶式布料器的處理能力約為160 t/h[3-5]。

1.3 支撐結構的區別

帶式輸送機適用于長距離的輸送，采用槽型托輥作為支撐結構，可節省制造成本和運行成本；帶式布料器采用托板作為支撐結構，利于物料穩定，但由于托板與輸送帶間的摩擦力較大，在計算負載時需考慮其影響。

1.4 滾筒布置的區別

帶式輸送機采用出料端布置驅動滾筒，驅動力大；因TDS上識別及執行系統的需要，帶式布料器出料端布置滾筒的直徑不能太大，采用在機尾入料端布置驅動滾筒的方式，以保證輸送力滿足要求。

2 受力分析與計算

2.1 模型數據的選取

以神華準能集團有限責任公司準格爾干選研究項目中所采用的TDS-32型干選機作為模型。該干選機采用兩條同樣的輸送帶進行物料運輸，每條輸送帶的帶寬B=1 600 mm，輸送物料為原煤，取堆密度ρ=1 000 kg/m3，布料器頭尾中心距L=8 m。

設備正常處理能力為160 t/h，考慮瞬時給料量，瞬時最大處理能力按3倍正常處理能力計算，最大瞬時給料量為480 t/h，輸送帶運行速度為2.0 m/s。選用NN尼龍帆布輸送帶，上帶面采用鋼板托板支撐，下帶面托輥的輥徑為159 mm[6-9]。

2.2 帶式布料器的主要阻力

帶式布料器的阻力FH主要有三部分組成，分別是滾筒自身運轉阻力F滾筒(包含F驅動滾筒、F改向滾筒、F增面滾筒)、物料及輸送帶移動與承載托板摩擦阻力F托析、回程分支托輥旋轉所產生阻力F回程托輥。

即：

FH=(F驅動滾筒+F改向滾筒+F增面滾筒)+
F托板+F回程托輥，

(1)

式中：F滾筒=f滾筒與輸送帶×g×G滾筒質量；F托板=f托板與輸送帶×g×(qB+qG)×L；F回程托輥=f滾筒與輸送帶×g×qRU×L。取模擬摩擦系數f滾筒與輸送帶=0.05，f托板與輸送帶=0.4，重力加速度g=9.8 m/s2；驅動滾筒質量G驅動滾筒=356 kg；改向滾筒重量G改向滾筒=206 kg；增面滾筒重量G增面滾筒=121 kg；輸送帶質量qB=19 kg/m；輸送物料質量qG=67 kg/m；回程托輥質量qRU=18 kg/m。將上述參數代入(1)式中，計算得到FH=2 997 N。

2.3 主要特種阻力Fs1

TDS帶式布料器的主要特種阻力與帶式輸送機不同，其主要由被輸送物料與導料槽攔料板間的摩擦阻力Fg1和導料槽與輸送帶之間的摩擦阻力Fg2組成。

即

Fs1=Fg1+Fg2，

(2)

(3)

Fg2=f輸送帶與導料槽×P×A

(4)

式中：μ2是物料與導料擋板間的摩擦系數，按手冊選取μ2=0.6；導料槽攔料板長度l=8 m；導料槽內側寬度b1=1.4 m；輸送帶與導料槽防溢裙板之間的摩擦系數f輸送帶與導料槽=0.5；導料槽防溢裙邊與輸送帶之間的壓力P=3 000 N/m2；導料槽防溢裙邊與輸送帶之間的接觸面積A=0.15 m2。計算得Fs1=840 N。

2.4 附加特種阻力Fs2

TDS帶式布料器的附加特種阻力由機頭清掃器和二道清掃器的摩擦阻力構成。計算式為：

Fs2=Fτ1+Fτ2，

式中：輸送帶和機頭清掃器的接觸面積A1=0.01 m2；輸送帶和二道清掃器的接觸面積A2=0.006 m2；輸送帶和機頭清掃器的接觸面壓力P1=30 000 N/m2；輸送帶和二道清掃器的接觸面壓力P2=60 000 N/m2。算得附加特種阻力Fs2=264 N。

2.5 TDS帶式布料器圓周驅動力

FU=FH+Fs1+Fs2=(2 997+840+264)N
=4 101 N

2.6 傳動功率計算

2.7 張力計算

(1)輸送帶不打滑條件校核

FUmax=KAFU=1.5×4 101 N=6 151.5 N。

其中，F2min為輸送帶不打滑所需的最小張力，FUmax為輸送帶啟動圓周力，eμφ為尤拉系數，KA為輸送帶啟動系數。

取μ=0.35，φ=190°，查得eμφ=3.18，

(2)輸送帶下垂度校核

(3)傳動滾筒合力

Fn=FUmax+2F2min=6 151.5+2×2 821.8
=11 795.1 N。

2.8 與現場數據對比

華晟榮項目為TDS-18機型，帶式布料器工況與準格爾項目類似，按以上方法算得所需電機功率為11 kW，考慮到設備安全需要最終選用22 kW電機，其額定電流為21.7 A，實際運行電流在7～12 A之間波動，折算實際需求功率為12 kW，證明計算方法無明顯偏差[10-11]。

3 結語

通過對TDS智能干選機帶式布料器的受力情況進行探討，借鑒了帶式輸送機的分析模型，根據TDS帶式布料器自身的特點重新確定了分析模型，分析受力，確定設備功率，為TDS智能干選機的標準化、系列化設計提供了有力支持。