梅花井煤礦地面原煤運輸膠帶機提速改造的研究與應用

劉懷江　丁凱　岳許輝　趙俊達

摘要：為有效解決地面原煤運輸膠帶機實際生產過程中頻繁出現瞬時集中過載造成膠帶機停機的現象，減少運輸系統對原煤生產的影響，現提出對地面原煤運輸201、221膠帶輸送機進行提速改造。通過更換減速器傳動軸、傳動齒輪、軸承、密封件等配件，降低膠帶機減速器的速比，提高帶速，解決了地面201、221膠帶輸送機出現集中過載造成膠帶機停機的現象，保證了地面原煤運輸膠帶機的運輸效率和可靠性。

Abstract： In order to effectively solve the phenomenon of frequent and concentrated overload caused by the ground coal transportation belt conveyor during the actual production process， the belt conveyor is shut down and reduce the impact of the transportation system on the production of raw coal， it is now proposed to improve the speed of the ground coal transportation 201， 221 belt conveyor. By replacing the reducer drive shaft， drive gear， bearings， seals and other accessories， it can reduce the speed ratio of the belt conveyor reducer and increase the belt speed， which solves the phenomenon of concentrated overload on the ground 201 and 221 belt conveyors and causes the belt conveyor to stop. The transportation efficiency and reliability of the ground raw coal transportation belt conveyor are improved.

關鍵詞：膠帶機;減速器;生產效率;提速

Key words： belt conveyor;reducer;production efficiency;speed increase

中圖分類號：TD528? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）14-0170-02

0? 引言

梅花井煤礦2018年計劃年產量為960萬噸。目前有兩個采區同時開采，一分區布置1110208和1104205兩個綜采工作面，其中1110208綜采工作面順槽膠帶輸送機直接搭接在主斜井膠帶輸送機上，1104205綜采工作面原煤→順槽膠帶機→四區段膠運石門膠帶機→井下三號煤倉→倉下甲帶給料機→主斜井膠帶輸送機;二分區布置232201一個綜采工作面，工作面原煤→順槽膠帶機→23采區膠運石門膠帶機→一煤組膠運下山膠帶機→井下四號煤倉（井底煤倉）→倉下甲帶給料機→主斜井膠帶輸送機。地面煤流線：主斜井膠帶輸送機→201膠帶輸送機→篩分破碎車間→221膠帶輸送機→原煤倉上222/223分倉刮板輸送機→地面原煤倉。

地面201、221膠帶輸送機帶速為4.5m/s，主斜井膠帶輸送機最高帶速為6.7m/s，由于地面201/221膠帶輸送機帶速低于主斜井膠帶輸送機帶速，在主斜井膠帶輸送機輸送高峰時，造成201、221膠帶裝載時瞬時集中過載導致重載停機。

1? 問題及解決方案

為解決201、221膠帶機停機現象，通過改變201、221膠帶輸送機減速器的減速比，以提高膠帶輸送機的運行速度。

經過對主煤流系統運量進行分析，二分區（井底煤倉）給到主井帶式輸送機的峰值運量為900t/h，工作面原煤經過煤倉緩存后再給到主井帶式輸送機的峰值運量為650t/h，工作面原煤未經煤倉緩存直接給入主斜井膠帶輸送機的峰值為2000t/h，主井帶式輸送機的峰值總運量為3550t/h（900+650+2000），主煤流系統瞬時峰值運量大于201、221膠帶輸送機的設計能力（3100t/h）。煤量瞬時增大時，201、221膠帶輸送機帶速低于主斜井膠帶輸送機帶速，造成201膠帶裝載率很高最終導致重載停機，每次處理重載停機需人工將201膠帶輸送機上的原煤清理到棧橋地面上，待膠帶機輸送機運轉正常后再由人工上到膠帶機上，清理原煤約15噸，影響礦井生產近兩小時。為解決201、221膠帶機停機現象，提出對201、221帶式輸送機提速進行改造。

2? 需要解決的關鍵技術問題

地面201、221膠帶輸送機提速改造解決的關鍵技術在于改變減速器速比，通過與設備生產廠家技術聯絡，利用原減速器箱體，更換減速器傳動軸、傳動齒輪、軸承、密封件等將201輸送機減速器原速比18.06降至14.22，221輸送機減速器原速比17.499降至13.578，帶速分別提到5.4m/s和5.7m/s。利用原減速器箱體不僅降低設備采購費用，節約礦井生產成本，更有效利用了更換下來的減速器。

3? 提速后的膠帶機安全運行能力驗算

3.1 膠帶機運輸能力分析驗算

改造前，地面201/221膠帶輸送機設計的運輸能力均為3100t/h，主井帶式輸送機的峰值總運量為3550t/h（900+650+2000）。將201/221膠帶輸送機改造后的速度為5.4m/s和5.7m/s，根據公式可計算201膠帶機的運輸能力：

已知帶速V=5.4m/s，帶寬B=1600mm，按堆積角α=30°，A=0.208m2，查表可得K=0.905（傾角按14.5°計算），煤的散集密度r=900kg/m3，運輸能力Q=3.6AVRK=3.6×0.208×5.4×900×0.905=3293.45t/h。

221膠帶機的運輸能力：帶速V=5.7m/s，查表可得K=0.89（傾角按16°計算），同上可計算得Q=3418.8T/H。

通過計算可知，提速改造后，201/221膠帶機的運輸能力均提高。

3.2 膠帶機機架受力分析驗算

上托輥、輸送帶及物料的重量全部由中間架上的槽鋼承擔。中間架托輥承受輸送帶及物料重量的65%，兩邊托輥各承受17.5%。兩邊托輥的傾斜角度隨物料重量的不同，在30°～40°之間取值。

每個中間架支腿受力Q1為：

式中 qG—物料單位質量;qB—輸送帶單位質量;qRU—輸送帶單位質量;qK—中間架單位質量;g—重力加速度;αo—托輥間距，取3m。

考慮到輸送帶跑偏后，對鋼管產生的合彎矩利用余弦定理可得：T=584.5N，Q1=1966N，則T=2489.4N

槽鋼的最大彎矩為：Mc=2489.4×0.75=1867.05N·m，選取槽鋼外徑D=60mm，內徑d=53mm。槽鋼的抗彎截面模量為：W=π（D4-d4）/32D=0.83×10-5m3

槽鋼的彎曲正應力為：σ=Mc/W=225MPa

選取Q235鋼，其抗拉強度σ=380～470MPa，確定槽鋼的抗拉強度未420MPa。取安全系數n=1.2，則許用應力為：σ=σ/n=350MPa。

槽鋼強度滿足要求。

3.3 膠帶機安全系數的分析驗算

已知201膠帶機的技術參數為：V=5.4m/s，帶寬B=1600mm，Q=3293.45t/h，r=900kg/m，β=14.5°，L=79m。可計算FU=FH+FN+FS1+FS2+FSG=cfLg[（2qB+qG）cosβ+qR0+qRV]+FS1+FS2+qGHG

經查表f=0.025，MR0=50kg，MRV=42kg，LR0=1.5m，LRV=3m， 可計算qR0=MR0/LR0=33kg/m，qRV=MRV/LRV=14kg/m。

經查表qB=117kg/m，可得出qG=Q/3.6V=111kg/m。傾斜阻力FSG=qGHG=qGgLsinβ=24086.69N

主要阻力FS1=FSa+FSb，前傾角為0°，

FSa=Cαμ0L（qB+qG）gcosβsinα=0N，FSb=0N，故FS1=0N，FS2=FSC+FSd，FSC=APCμ3=700N，FSd=BKa=2400N，FS2=3100N。

FU=28167.99N

摩擦力備用系數n可取1.3～1.7。

a=a1+a2=300°，μ=0.4，

取1.3時，F1=Fmax=F[（n/eμa-1）+1]=33311.02N;

F2=F1/eμa=4102.34N

可得出M=7.9;

取1.7時，則F1=34893.49N，可得出M=7.4;

經查表得，膠帶機的安全系數符合規定。

4? 減速器改造后的經濟效益

4.1 201/221膠帶機減速器改造材料費用節約效益

通過表1可得知，購買201、221膠帶輸送機新減速器費用約為85萬元，改造費用為35萬元，可節約成本50萬元，按實際一臺在用，一臺備用計算，總計可節約成本100萬元。

4.2 201/221膠帶輸送機改造生產影響節約效益

每次處理重載停機需人工將201、221膠帶輸送機上的原煤清理到棧橋地面上，待膠帶機輸送機運轉正常后再由人工上到膠帶機上，清理原煤約15噸，影響礦井生產近兩小時。經對2017年全年因201/221膠帶機重載停機統計的生產影響共計96.42個小時。按照主運輸膠帶機設計能力為每小時能拉出3100噸煤計算的話，96.42個小時可拉出298902噸煤。大大提高了主運輸線膠帶機原煤運輸效率。

5? 改造后存在的問題及解決方法

201、221膠帶輸送機提速改造后，機頭物料拋物點發生變動，且對機頭卸載倉沖擊變大，需要對機頭卸載倉進行改造、加固，同時機尾落料點撒煤較多，需將機尾導料倉加長，并在下帶加裝了掃煤器，防止煤塊從下帶卷入機尾滾筒。

通過對以上影響部位的整改，確保膠帶輸送機提速后正常運轉。

6? 總結

通過對地面原煤201、221膠帶輸送機的提速改造，有效解決瞬時集中過載造成膠帶機停機的現象，減少了運輸系統對原煤生產的影響。在改造過程中，利用原減速器箱體，更換內部件，即達到改變減速器速比的效果，同時降低了設備采購費用，節約礦井生產成本。自2018年投入使用至今，提速改造后消除了201、221膠帶輸送機重載停機對礦井生產的影響，提高了設備運行效率。

參考文獻：

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[2]張鉞.新型帶式輸送機設計手冊[M].冶金工業出版社，2001.

[3]劉天元.帶式輸送機提速改造校核分析[J].煤礦機械，2012.