大功率大運量長運距可伸縮帶式輸送研制

張磊

（兗礦集團大陸機械有限公司，山東 濟寧 272109）

隨著采煤設備的不斷發展，超大采高工作面綜合機械化采煤工藝日趨完善。特別是綜采工作面在實現機械化、自動化生產后，工作面的生產能力大幅度提高。這就要求配套設備之一的可伸縮膠帶輸送機向大功率、大運量、長運距、可靠性高的方向發展。作為國內知名品牌皮帶機生產廠家的兗礦集團大陸機械有限公司目前設計生產的最大可伸縮帶式輸送機帶寬為1.6m，運量為3000t/h,無法很好地滿足國內外特厚煤層大采高、高效工作面的輸送要求，與國際煤機制造公司生產超寬皮帶機還有一定的差距。迫切需要研制新型超寬帶式輸送機，經過分析兗礦集團和國內主要煤礦企業的需求情況，結合兗礦集團大陸機械有限公司的技術積累和現有設備情況，最終確定研制此型帶寬1.8m 可伸縮帶式輸送機。此型皮帶機填了補兗礦集團大陸機械有限公司可伸縮帶式輸送機技術空白，有利于進一步提高帶式輸送機設計、制造的現代化程度，適應國內煤礦綜采工作面生產的新工藝、新技術的要求，增強帶式輸送機對現代化、信息化、高產高效綜采工作面的適應能力。

1 參數設計計算

1.1 原始參數

輸送量（t/h）：4500輸送長度（m）：5700膠帶速度（m/s）：4.5最大提升高度（m）：30

1.2 設計計算

根據目前國內市場調研和現狀分析及綜采工作面配套設備的使用情況，通過計算確定可伸縮帶式輸送機的主要技術參數。

1.2.1 由帶速、帶寬驗算輸送能力

由公式Im=S×V×k×ρ（kg/s）

式中，S 為輸送帶上物料的最大橫截面積，m2；V 為帶速，m/s；K 為傾斜系數；ρ 為物料松散密度，kg/m2。按槽角30o，堆積角35o，ρ=900，k=1得最大輸送能力 Q=3.6Im=5120t/h

最大輸送量5150t/h ＞4500t/h 符合輸送能力的要求。

1.2.2 驅動力及所需傳動功率計算

上分支模擬摩擦系數：f=0.03

下分支模擬摩擦系數：f=0.028

傳動滾筒摩擦系數：μ=0.30

傳動滾筒上的圍包角：f=210°

每米物料重量：qG=Q/(3.6v)=140.85（kg/m）

每米膠帶重量：qB=25.44（kg/m）

上托輥每米長轉動部分質量：

qRO=n·q′RO/a0=14.7kg/m

下托輥每米長轉動部分質量：

圓周驅動力Fμ

對于長距離帶式輸送機，附加阻力明顯小于主要阻力，引入系數C，來考慮阻力。

傾斜阻力：Fst=qG·g·H= 81.67kN

圓周驅動力：

1.2.3 電動機功率

帶式輸送機穩定運行時傳動滾筒所需運行功率：

PA=Fu·v=3564kW

考慮到驅動系統的效率、多機不平衡性、電壓降以及必要的備用系數，因此，取電機的許用裕度系數為1.1。

帶式輸送機驅動電動機功率：

PM=1.1PA/η1η2η3η4=4135kW ＜7×630kW

式中，η1 為減速器傳動效率，取0.94；η2 為聯軸器傳動效率，取0.98；η3 為電壓降系數，取0.90；η4 為驅動系統設備配置不平衡系數，取0.95。

可伸縮輸送機電機功率7×630kW，電機裕度k=7×630÷4135=1.06。

1.2.4 計算結論

根據以上計算結果，該輸送機帶寬1800mm，功率選用7×630kW，并最終確定該輸送機型號為DSJ180/450/4×630+3×630。

1.2.5 輸送機具體參數

輸送量（t/h）:4500

最大運距（m）:5700

膠帶速度（m/s）:4.5

最大提升高度（m）:30

傳動滾筒直徑（mm）:φ1250

改向滾筒直徑：

卸載滾筒（mm）:φ1255

儲帶滾筒（mm）:φ800 φ500托輥直徑（mm）:φ159

膠帶規格:PVG2500S×1800 阻燃膠帶

驅動部:4×630 kW +3×630kW。APW 電液張緊絞車自動張緊裝置：型號:APW-75

額定拉力:200kN儲帶倉有效儲帶長度（m）：180m 6 層機身可折疊長度（m）：50m機身折疊方式：自動折疊。

2 結構組成及關鍵部件設計

此型大功率大運量長運距可伸縮帶式輸送機的結構，如圖1 所示，由卸載裝置、驅動裝置、傳動裝置、儲帶裝置、張緊裝置、卷帶裝置、中間轉載部分、中間驅動裝置、機身、自移機尾等部分組成。

圖1 整機結構示意圖

2.1 高強度新型儲帶機構的結構設計

國內現有儲帶機構存在結構復雜、笨重，拆除、安裝繁瑣，維護、維護強度大，儲帶量少、使用時易割傷皮帶等問題，不能很好地滿足大功率大運量長運距的要求。為解決此問題新研制皮帶機裝備一個儲帶機構來儲藏輸送帶，此儲帶倉結構在保證設備滿足機尾的伸長或縮短的同時，盡可能地降低機身機構的復雜程度。

儲帶機構（見圖2）由儲帶轉向架、儲帶倉架、游動小車和托輥支撐小車裝置組成。儲帶轉向架布置在機頭傳動裝置之后，由機架、三個φ800×2000mm 改向滾筒和三個φ500×2000mm 改向滾筒組成。游動小車布置在儲帶倉架的軌道上，由機架、滑輪組、三個φ800×2000mm 改向滾筒和兩個φ500×1800mm 改向滾筒組成。由于要求儲存膠帶的長度達210m，故儲存部分往返折疊6 層，改變折疊帶的長度，以達到儲存或放出膠帶的目的，液壓張緊絞車的鋼絲繩通過滑輪組獲得張緊力，并通過張力傳感器顯示張力大小。

2.1.1 儲帶倉架

儲帶倉架采用框式結構。儲帶倉架支腿高度可調，能適應局部起伏不平的巷道地面。拆除門架及縱梁即為敞開式結構，倉架底面距地面留有一定的高度，便于清理巷道地板的煤泥。每節儲帶倉中間段之間設有φ20 定位銷和限位板，找正容易，安裝方便，裝配精度高；儲帶倉的支腳設有多孔，通過調節螺孔位置，能夠適應局部起伏不平的巷道地面，使軌道面保持在同一水平上。

圖2 儲帶機構

2.1.2 儲帶轉向架

儲帶轉向架采用5 個滾筒的固定轉向架，其中改向滾筒架采用鋼板焊接結構；導向滾筒采用內置軸承，為了便于調整跑偏采取可調整限位塊固定方式。

2.1.3 游動小車

研發設計的游動小車（見圖3），極易對中，而且不受因軌道不正帶來的橫向附加力，不易掉道；游動小車與托輥小車的軌道面一側焊接了一根∠4 0×40 實心角鋼作為小車運行軌道。小車同側的車輪也帶“V”形槽，這樣，游動小車極易對中，而且不受因軌道不正帶來的橫向附加力。車輪上左右設有導輪，上下設有止爬輪，不易掉道。在游動小車和儲帶轉向架滾筒軸開口處安裝有圓鋼結構擋板，能夠有效地防止因膠帶跑偏導致開口棱刮傷膠帶。

圖3 游動小車結構示意圖

2.2 高速托輥設計

托輥由超高分子管體、高分子軸承座、密封組件、軸承、軸、擋圈等幾部分組成。

托輥管體采用超高分子聚乙烯材料，超高分子聚乙烯是由乙烯、丁二烯的單體在催化劑的作用下聚合而成的平均分子量在250 萬～300 萬的熱塑性工程塑料，綜合性能優越。軸承座采用ABS 材料，ABS 是由苯乙烯-丁二烯-丙烯腈為基的三元共聚體，具有良好的綜合性能，即高的沖擊韌性和良好的機械強度，優良的耐熱、耐油和化學穩定性，尺寸穩定，易于成型和機械加工。

高速托輥采用軸向迷宮+徑向迷宮+腔室密封的復合密封形式。

圖4 高分子托輥密封機構示意圖

首先采用長通道軸向迷宮密封，密封通道的長度較一般托輥密封長2 倍以上。

其次設有徑向迷宮密封，阻止灰塵對軸承室的進一步侵入。

第三采用A、B 兩個油池，油池中均注滿潤滑脂，A 油池可對軸承提供充分的潤滑脂，B 油池在A 油池與迷宮密封之間形成了一道密封，從而保證密封的可靠性。

在密封的外端設有煤泥清理和淋水排出結構，煤泥清理扇葉可將散落在密封圈上的煤泥或灰塵刮下，淋水可沿著淋水排出通道弧線流出，從而防止煤泥和淋水聚集進入密封腔室污染軸承。

2.3 減排水裝置的設計

通過對減排水裝置的研究，確定合理的布置結構，既能在皮帶運行中不撒煤，又可將煤泥水收集至下帶面，反運至集泥坑內沉淀后進行泥、水分離。

減排水裝置用于可伸縮膠帶輸送機中間驅動段后標準機身開始變坡處，以方便運輸，保證物料在中間轉載前將物料中的水排出。為實現膠帶的逐步展開和成槽，在本裝置前后各設過渡托輥組。在物料進入本裝置時，順煤流方向依次布置30°、20°、10°過渡托輥組各一組，將輸送帶由正常槽角逐步展平至水平，在輸送帶水平段將煤泥水排出；在物料出本裝置時，順煤流方向依次布置10°、20°、30°過渡托輥組各一組，將煤泥水排出后在本段再逐步形成正常槽角。減排水裝置共設置約120 米，上托輥組間距1000mm，分雙輥平行上托輥組和單輥平行上托輥組，按2：1 比例交替布置；支腿間距2000mm。減排水裝置兩側設置擋物料裝置，最高點距上帶面約600mm，上部設置可調式防溢裙板固定于鋼板上，水順輸送帶從兩側流出；在固定角鋼上（上輥下部）以鋼板將橡膠皮固定，以便于上部流出來的水通過橡膠皮落在回程（下）輸送帶帶面上，煤泥水順著回程輸送帶運至減排水裝置尾部的煤泥水收集處。在煤泥水收集處將泥、水分離，然后通過斗提機將煤泥回收至輸送帶上帶面，廢水處理后回收利用。

3 結語

此型大功率大運量長運距可伸縮帶式輸送機已完成工業性試驗，性能穩定，運行良好。使用結果證明，此型可伸縮皮帶機的應用可有效地提高兗礦集團乃至我國在可伸縮膠帶輸送機設計、制造方面的水平，從而接近或達到國際先進水平。通過對機身優化設計，設備整體自動化水平、可靠性水平的大幅提高，跑偏現象等現象大幅減少，可有效地減少工人人工拆卸架桿、調整跑偏、煤泥清理、機尾自動拉移及設備安裝、調試等作業環境的勞動強度，改善作業條件，具有較高的社會效益。

同時，此設備應用可有效緩解用戶的生產壓力，穩定商品煤產量。設備在設計上最大限度地保證設備的標準化、通用化，以減少庫存、降低投入。同時，設備運行可靠性的大幅提高，亦減少了人工成本，具有較高的經濟效益。