礦用下運帶式輸送機設計探索

楊澤民

(山西汾西礦業(集團)有限責任公司 設備修造廠， 山西 晉中 032000)

帶式輸送機根據被運輸物料的提升高度分為上運和下運。上運帶式輸送機應用較多，相關研究較深，其設計理論與方法也較成熟。而下運帶式輸送機容易出現打滑、撒料、飛車等事故，在煤礦運輸系統的設計中很少使用，尤其是16°以上的下運帶式輸送機，其相關的研究也較少[1]. 但在一些特殊情況下的運輸系統設計中，為減少工程量、降低基建費用，不可避免地會使用下運帶式輸送機。因此，需要對下運帶式輸送機的設計進行分析研究。

1 煤礦井下帶式輸送機類型

煤礦用井下帶式輸送機大致分為兩大類：一類是固定帶式輸送機，一類是可伸縮帶式輸送機。固定帶式輸送機主要用于集中巷和主提升運輸系統，其輸送帶多為鋼絲繩芯。可伸縮帶式輸送機主要用于掘進工作面和順槽工作面，其輸送帶多為PVC或PVG. 用于掘進工作面的帶式輸送機由于運輸量很小，在此不做探討，僅對集中巷用固定下運帶式輸送機和順槽用可伸縮下運帶式輸送機的設計進行研究和探索。

2 下運帶式輸送機的阻力計算

下運帶式輸送機同上運及水平運輸帶式輸送機一樣，其傳動滾筒上所需的圓周驅動力FU也是輸送機上所有的阻力之和，其計算公式[2]如下：

FU=FH+FN+FS1+FS2+FST

(1)

式中：

FU—圓周驅動力,N；

FH—主要阻力，N；

FN—附加阻力，N；

FS1—主要特種阻力，N；

FS2—附加特種阻力，N；

FST—傾斜阻力，N.

對于長度大于80 m的帶式輸送機也可以用下式進行計算：

FU=C×FH+FS1+FS2+FST

(2)

式中：

C—長度附加系數。

對于下運帶式輸送機，其傾斜阻力為FST負值，公式演變為：

FU=C×f×L×g[qRO+qRU+(2qB+qG)cosδ]+

FS1+FS2-qGHg

FS1和FS2忽略不計,上式簡化為:

FU=C×f×L×g[qRO+qRU+(2qB+qG)cosδ]-

qGHg

(3)

式中：

f—模擬摩擦系數；

L—帶式輸送機長度，m；

g—重力加速度，m/s2；

qRO—承載分支每米托輥旋轉部分重量，kg；

qRU—回程分支每米托輥旋轉部分重量，kg；

qB—每米輸送帶重量，kg；

qG—每米物料重量，kg；

δ—帶式輸送機傾角，(°)；

H—機頭尾高差(取正值)，m.

主要阻力FH大于傾斜阻力FST時，電機做正功；主要阻力FH小于傾斜阻力FST時，電機做負功，此時帶式輸送機為下運帶式輸送機。

井下用長距離帶式輸送機布置形式隨巷道起伏多變，一條帶式輸送機往往會出現多段上運或下運的情況。在設計時，應考慮在極端狀況下的不均勻載荷，電動機會出現電動狀態、發電狀態、最大電動狀態、最大發電狀態、滿載狀態等多種工況。比如：最大電動狀態為所有水平和上運段滿載，下運段空載時的工況；最大發電狀態為所有下運段滿載，其它段空載的工況。設計時如考慮不周全，帶式輸送機運行時可能會出現飄帶、跑偏、打滑、甚至斷帶等事故。

3 DTL系列固定落地式下運帶式輸送機的設計

集中巷用DTL系列固定落地式下運帶式輸送機的驅動形式通常分為機頭驅動、機尾驅動和機頭機尾同時驅動3種形式。機頭機尾同時驅動時，功率平衡實現比較困難，因此大多數帶式輸送機選用機頭或機尾驅動的形式。

3.1 布置形式

1) 對于下運帶式輸送機而言，在安裝條件允許的前提下，為保證膠帶與傳動滾筒有足夠的摩擦力，首選機尾驅動形式，這種布置形式相當于上運帶式輸送機的驅動反轉，其布置見圖1.

圖1 驅動在機尾下運示意圖

2) 在安裝和給煤條件不允許時，也可以采用機頭驅動的形式。為了保證膠帶與傳動滾筒有足夠的摩擦力，通常將張緊裝置前置，其布置形式見圖2.

圖2 驅動在機頭下運示意圖

3.2 驅動及制動

下運帶式輸送機使用過程中，主要阻力FH小于傾斜阻力FST時，電機做負功，即電動機工作在發電狀態，其供電開關應選軟啟開關或四象限變頻器，保證電流回饋電網，實現帶式輸送機平穩運行。下運帶式輸送機應配置專用控制系統，在帶式輸送機停機時，盤式制動器應先投入制動，在電動機電流為零時切斷電源，靠制動器實現制動停機，在制動器的選擇和制動曲線的調整方面，要結合帶式輸送機的具體參數進行調試。在條件允許的情況下，制動器與滾筒聯接時應減少聯軸器等中間傳動環節，直接安裝于傳動滾筒軸端或傳動滾筒筒皮兩端，實現可靠制動。制動器必須帶有UBS電源，滿足帶式輸送機在故障斷電時，能準確調整液壓比例閥，從而平穩制動，其制動力矩必須滿足靜制動力矩的2～2.5倍。

對盤式制動器的具體要求如下：1) 下運帶式輸送機專用電控配合，保證帶式輸送機的停車減速度在0.05～0.3 m/s2連續可調，有載起動時具有可控起動性能。2) 當控制系統或電機突然斷電、輸送帶超速、打滑及其它保護停車指令發出時，能實現帶式輸送機安全可靠制動。3) 盤式制動器采用常閉形式，在不增加其它裝置的情況下，具有定車功能。4) 制動時，盤面溫升小，制動無火花，井下使用時要有良好的防爆性能。5) 盤式制動器液控系統應采用雙回路、電液比例閥調整技術，能按設定制動曲線平穩制動。

3.3 阻尼裝置

為進一步提高下運帶式輸送機運行的可靠性，可在承載段增加阻尼裝置，阻尼裝置有以下幾種類型：阻尼托輥、聚氨酯阻尼板、阻尼鋼板和阻尼膠帶等，阻尼裝置的數量和間距根據帶式輸送機的運量和角度進行調整，以皮帶機運行時不打滑、不超速為目的。阻尼裝置的結構見圖3，4.

圖3 阻尼托輥結構示意圖

圖4 阻尼板結構示意圖

阻尼托輥的阻尼力取決于托輥本身的阻尼力和托輥的布置密度,阻尼板的阻尼力計算如下：

F阻=μ×(qG+qB)g×cosδ

(4)

式中：

μ—膠帶與阻尼板的摩擦系數。

3.4 膠帶安全措施

為了提高下運帶式輸送機的安全性能，在設計時，應增加防止斷帶的安全措施。鋼絲繩膠帶應考慮配置鋼絲繩在線檢測儀，對鋼絲繩膠帶實時檢測，發現斷股、抽頭情況時，診斷、記錄并報告故障點。對于PVC、PVG膠帶，在安全系數的選擇上應大于水平和上運膠帶，對膠帶接頭要做日常觀察記錄，發現問題及時處理。在條件允許的情況下，建議安裝斷帶抓捕器，斷帶抓捕器在膠帶運行速度超過設定速度時，對膠帶進行抓捕，防止事故進一步擴大。

下運帶式輸送機的制動除盤式制動器外，還有液力制動器、液壓調壓制動器、液壓調速制動器和液粘可控制動裝置等，但因其結構復雜，定車制動效果不理想，在個別情況下有使用。

4 順槽用DSJ系列可伸縮下運帶式輸送機的設計

可伸縮帶式輸送機一般用于回采工作面順槽，其機尾一般采用自移機尾或軌道梁機尾，通常配合順槽用轉載機使用。當其下運時，在設計上應注意以下幾點：

4.1 布置形式

由于順槽用帶式輸送機機尾會隨著工作面的推進而不斷向前移動，因此傳動裝置無法布置在機尾，只能布置在機頭。順槽用帶式輸送機使用的膠帶通常為PVC或PVG膠帶，這種膠帶的伸長率為1%～1.5%，為保證傳動滾筒與膠帶不打滑，設計時，其張緊裝置和儲帶倉應布置于卸載滾筒后，傳動滾筒之前。其布置形式見圖5.

圖5 順槽下運示意圖

4.2 防跑偏托輥組

由于順槽用帶式輸送機機尾隨著工作面推進經常挪動，機身也隨之縮短，容易造成膠帶跑偏，為兼顧快速拆裝和調偏的功能，其托輥組在設計時采用以下幾種形式：前傾托輥組、帶調偏桿的托輥組、掛勾托輥組、錐形調心托輥組等。順槽下運帶式輸送機在帶速、運輸量都相對較小時，上下托輥組可以選用固定架前傾托輥組。由于這種托輥組托輥的旋轉方向和膠帶運行方向不平行，膠帶和托輥間存在滑動摩擦力，在輸送機運行時，會增大附加運行阻力，起到一定的防跑偏效果和增大阻力作用。對高帶速、大運量的大型皮帶輸送機，選用前傾托輥則應謹慎考慮。其它類型的托輥組通常用于水平或上運的帶式輸送機。前傾托輥組見圖6.

圖6 前傾托輥組示意圖

4.3 機尾滾筒選型

順槽用下運帶式輸送機往往要服務多個不同工況的工作面，滿載運行時，其最大張力點在機尾滾筒處。因此機尾滾筒在設計時，要考慮輸送機最大運量和最大角度時所受的張力，且不可直接用通用順槽帶式輸送機機尾滾筒。在工況發生變化時，要根據機尾最大張力，對機尾滾筒許用合力重新校核選型。

4.4 制動與控制

普通順槽用帶式輸送機適用于運輸角度為0～4°的工況，一般情況為無制動或電力液壓塊式制動器。下運順槽用帶式輸送機要求必須配制動器，由于制動力矩要大于水平運輸，建議選擇液壓盤式制動器，制動器的選擇要求與固定帶式輸送機相同。在設計時，制動器盡可能直接安裝在傳動滾筒軸端。

控制系統是下運帶式輸送機的核心，它對帶式輸送機各系統的控制邏輯和控制曲線不同于水平和上運帶式輸送機，要用專用的下運帶式輸送機控制系統，其控制邏輯與固定帶式輸送機基本相同[3,4].

4.5 張緊裝置

為防止滾筒與膠帶打滑，制動失效會導致飛車等事故，下運帶式輸送機張緊裝置采用前置方式，為保證張緊裝置有足夠的張力，且張力可根據工況變化隨時調整，要求張緊裝置要配張力傳感器，液壓系統必須有蓄能器和張力下降保護單元[5].

同固定下運帶式輸送機一樣，阻尼裝置是一種有效且較為經濟的制動單元，用礦用廢舊膠帶制造的膠帶阻尼裝置在部分礦井得到應用，效果良好。

5 結 語

下運帶式輸送機是帶式輸送機的重要組成分支，設計時要結合巷道地形和運輸形式，選擇合理的布置形式、驅動系統、制動裝置、控制系統、拉緊裝置等。電動機功率的選擇上必須留1.5倍以上的富余系數，制動器的制動力矩必須滿足靜制動力矩的2～2.5倍，必要時可以增加阻尼裝置和預防斷帶的安全保障措施。