煤礦綜采工作面帶式輸送機的選型設計

李永輝

（汾西礦業兩渡煤業， 山西 靈石 031302）

1 設計依據

煤礦井生產能力為0.76 Mt/年；年工作日為276天；日運行為18 h。

帶式輸送機運輸能力：

式中：Q為帶式輸送機運輸能力，t/h；A為采區平均年產量，取0.76 Mt/年；K1為采區運輸不均衡系數，取1.2；K2為采區運輸富余系數，取1；M為年工作日數，276天；N為日運行小時數，取18 h/天。

將數據代入公式（1）得：Q≥238.6 t/h。

考慮井下運輸的不平衡性，以及掘進面出煤量，確定帶式輸送機運輸能力為250 t/h。

2 選型計算

2.1 圓周驅動力的計算

1）物料提升阻力：

式中：qG為每米輸送物料質量，取27.78 kg/m；H為提升高度，取19 m；g為重力加速度，取10 m/s2。

將數據代入公式（2）得：Fst=5 182.62 N。

2）主要阻力：

式中：qB每米輸送帶質量，取13.300 kg/m；β為巷道傾角，取0°～11°；qRO為每米承載托輥轉動質量，取10.475 kg/m；qRU為每米回程托輥轉動質量，取4.007 kg/m；f為摩擦系數，取0.012；L為帶式輸送機機長，取205 m；g為重力加速度，取10 m/s2。

將數據代入公式（3）得：FH=4 140.70 N。

3）圓周驅動力（總阻力）：

式中：FH為主要阻力，取4 140.70 N；Fst為輸送機提升阻力，取5 182.62 N；FS為附加阻力（由于皮帶清掃器等輔助部件造成的附加阻力取5 000～10 000 N，此處取6000N）。將數據代入公式（4）得Fu=15323.32 N。

2.2 功率計算

1）帶式輸送機工作狀態下的總軸功率：

式中：V為帶式輸送機運行速度，取2.5 m/s。

將數據代入公式（5）得：PA=38.96 kW。

2）帶式輸送機所需電機功率：

式中：η為總傳動效率，取0.86。

將數據代入公式（6）得：PM=45.30 kW。

選用功率為75 kW的電機一臺，滿足設計要求。

2.3 輸送帶張力計算

本帶式輸送機的傳動方式為單滾筒單電機，功率配比確定為1∶1并且確定傳動滾筒圍包角α＝200°。

第一傳動滾筒繞出點膠帶張力：

式中：q為每米運料重量，取27.78 kg/m；qd為膠帶每米重量，取10.8 kg/m；lg為皮帶長度，取205 m；β為運輸傾斜角，取0～11°；g為重力加速度，取10 m/s2。將數據代入公式（7）得：Tta=11 373 N。

尾部滾筒繞入點膠帶張力Twa=1.04Tta=11 828 N。

尾部滾筒繞出點膠帶張力Twb=1.04Twa=12301N。

第一傳動滾筒繞入點膠帶張力Tt=Tta+Twb=23674N。

不打滑條件驗算：

式中：e為自然對數的底，取2.72；μ傳動滾筒摩擦系數，取0.30；α為傳動滾筒圍包角，取200°。

垂度條件驗算：

上分支允許最小張力Tmins=6 044.92 N≤Twb；

下分支允許最小張力Tminx=4 892.74 N≤Tta。

可見張力滿足要求。

輸送帶安全系數驗算：

式中：B為帶式輸送機帶寬，取1 000 mm；ST皮帶所受拉力為，取6 800 N；Tt為第一傳動滾筒繞入點膠帶張力，2 3674 N。

將數據代入公式（9）得：n＝25.22。

安全系數n=25.22滿足《帶式輸送機工程設計規范》GB50431—2008中的規定。

2.4 驅動裝置的選擇

目前，在井下帶式輸送機上具有可控起動/制動功能的傳動裝置主要有CST可控起動/制動驅動系統、調速型液力偶合器、高速防爆變頻驅動、軟啟動裝置等。由于目前國產礦用隔爆型變頻器在功率等級大于400 kW后，受功率器件規格以及散熱條件的限制，其性能尚不穩定，難以滿足大型帶式輸送機的使用要求，而國外的大功率礦用隔爆型變頻器價格又太高，備品備件的供應渠道環節多，周期長，最大功率只到500 kW。軟啟動裝置的優點在于其能夠很好的保護電機，使得受到的初始電流、初始電壓的沖擊大大減小；它能夠縮短電機啟動的時間，降低對其他設備、供電電網的影響。故本次設計選用軟啟動裝置。

2.5 拉緊力的計算

式中：Tta為第一傳動滾筒繞出點膠帶張力，取11373N。

將數據代入公式（10）得：TL=22.7 kN。

選擇自動液壓拉緊裝置一套JZB-0.3，最大拉力60 kN，7.5 kW，660 V，防爆符合要求。

2.6 逆止器參數的計算

1）需要的逆止力矩：

式中：D為傳動滾筒直徑，取800 mm。

將數據代入公式（11）得：ML=1 198.94 N·m。

傳動滾筒軸上逆止裝置的額定逆止力矩：

式中：k2為逆止裝置工況系數，取2。

將數據代入公式（12）得：M=2397.88 N·m。

選擇的減速器里帶有逆止器，逆止器的額定逆止力矩為3 500 N·m。滿足在逆止器裝置之間不能均衡受力的情況下，逆止裝置的逆止力矩大于整機所需逆止力矩的要求。

2.7 制動器選擇計算

1）安全制動時所需的制動力矩：

式中：FL皮帶張力，取3 855 N。

將數據代入公式（13）得：MZ=3 083.48 N·m。

選用YWZ5250型電力液壓制動器，作用在高速聯軸器上，一臺制動器產生的制動力矩：140～315N·m。

2）單臺制動器低速軸產生制動力矩：

式中：i為減速機齒輪傳動比，取25；MB為制動力矩，取140。

將數據代入公式（14）得：3500N·m＞3083.48N·m。

單臺制動器能滿足制動要求。

2.8 裝料斷面輸送能力校核

式中：S為膠帶上物料橫截面積，取0.122 7 m2（運行堆積角α=25°）；V為帶式輸送機運行速度，取2.5 m/s；K為輸送機傾角系數，取 0.93（最大傾角α=11°）；ρ為物料松散密度，取 900 kg/m3。

將數據代入公式（15）得：QO=924 t/h＞Q，所選輸送機帶寬、帶速滿足設計要求。

3 結語

帶式輸送機是礦井主要運輸中最重要的環節，帶式輸送機具有輸送能力強、輸送距離遠、結構簡單、易于維護、能方便地實現程序化控制和自動化操作等優點。該運輸方式適應井下巷道能力強、設備操作簡單、投資合適，是近年來井下運輸系統的主要選擇。