西曲礦大功率強力帶式輸送機的設計研究

宋宏偉

（西山煤電集團有限責任公司西曲礦， 山西 太原 030053）

引言

大功率強力帶式輸送機作為煤礦運輸的重要設備，具有運輸距離長、運輸量較大等優點，在煤礦的采掘生產過程中發揮著重要作用。大功率強力帶式輸送機的核心要素為監測與動態分析，其啟動時的動載荷變化、彈性波的傳動速度等均對該設備的設計起著至關重要的作用[1]。西曲礦將對大功率強力帶式輸送機的關鍵部件進行設計研究，并將其應用到煤礦生產中，最終達到保障煤礦高效生產的目的。

1 大功率強力帶式輸送機關鍵部位的設計

為保證下運大功率強力帶式輸送機的啟制動過程平穩，防止快速啟動運行對電機、減速器造成的損害，大功率強力帶式輸送機的啟動速度一般設定為45 km/s，在考慮大功率強力帶式輸送機的停車等情況后，需要將大功率強力帶式輸送機的停車時間加大10 s 左右。選用的大功率強力帶式輸送機裝機功率為4×630 kW，軟啟動采用變頻調速液力耦合器，膠帶ST-3150，滾筒直徑為1 250 mm。

1.1 驅動裝置

大功率強力帶式輸送機驅動裝置采用雙滾筒四驅動的方式，功率的配比為2∶2，功率為630 kW，選用進口調速液力耦合裝置+進口硬齒減速器+三相隔爆型一步電動機[2]。國產調速耦合器不僅具有對加速度進行監測及反饋的作用，同時具有對速度的控制作用，本文將其垂直于煤流的方向，所以傳動滾筒為雙出軸。皮帶機的四驅布置執行機頭前一級滾筒兩端分別布置驅動部，后一級同樣為兩側布置驅動部。這樣布置不僅成本較低，而且具有較高的可靠性及維修靈活性。

1.2 滾筒

大功率強力帶式輸送機的主動滾筒是傳遞動力的主要部件。由于礦井運輸負荷大，設計采用重型滾筒，整體選用鑄焊結構，同時選用“人”字形隔熱耐磨膠面，兩側的傳動滾筒通過聯軸器進行聯動。滾筒軸選用40Cr 鋼，滾筒鑄成后按照GB 10595—89 進行檢查，合格后用于裝配。“人”字形隔熱耐磨膠面厚度不得低于10 mm，且輸送帶表面硬度（HDA）應當滿足55～65，選用3548 型號作為卸載滾筒與傳動滾筒的軸承。

1.3 主機架

結合西曲礦煤礦井下運輸需求，對卸載滾筒的支架、拉緊改向滾筒的支架、傳動滾筒的支架等進行設計，選定三角架式結構，連接處采用219×10 鋼管及159×10 鋼管+法蘭進行連接。連接后的主機架剛性較好、拆裝方便、結構較為簡單。

1.4 機身設計

機身的設計選用DTII 型落地式支腿承載，機身的上下托輥分別安裝在縱梁位置，H 支架選用75×6角鋼，托輥的中間梁選用70×4 鋼管，且通過螺栓進行連接，中間架的材質選用12 號槽鋼。為了保證機身具有較高的耐腐性，對機身進行涂漆防腐，保證其使用壽命的最大化。

1.5 托輥

為提高皮帶輸送機的使用年限，西曲礦研制出一種防止跑偏時發生切割的托輥組，且在各托輥架設定有調節槽，用于調整托輥的位置。托輥的材質選用沖壓型托輥專用型軸承，此類材質不僅具有質量較小、旋轉阻力較低、壽命長等特點，而且其密封性較好。在設計承載托輥時，利用35°槽角偏置式托輥，該托輥具有較好的防跑偏作用。緩沖托輥選定為橡膠圈式，一共需要18 組，每組間的間距為0.6 m，且在頭部及尾部設置過渡托輥。托輥的輥皮選用高頻焊管，托輥的軸選用高精度冷拔軸，直徑為30 mm。托輥的軸承為型號KA306 的深溝向心軸承，軸承座為多次冷沖壓軸承座，其使用壽命不低于30 000 h。

1.6 清掃器

皮帶機設計清掃器6 個，并在卸載滾筒的位置安裝“H”形和“P”形的清掃器，此外在傳動滾筒前應當設置空段清掃器；兩個傳動滾筒的位置安裝橡膠清掃器；張緊改向滾筒的位置處安裝空段清掃器。清掃器可減少粘黏的物料，降低摩擦損耗。

1.7 輸送膠帶

膠帶是帶式輸送機的核心部件，選用的膠帶應提供有效的承載力，保證輸送機的使用壽命，降低其發生輸送過程中的損傷事故。常見的普通型膠帶具有橡膠覆蓋層，其可承受的溫度環境一般為-20～40 ℃。西曲礦大功率強力帶式輸送機采用ST3150-1400 鋼絲繩加強防撕裂型強力膠帶，與普通膠帶比可以具有強度高、伸長量小、抗疲勞性好等優點。

1.8 大功率強力帶式輸送機張緊裝置

大功率強力帶式輸送機的張緊裝置多為機械式裝置，但機械式張緊裝置的張緊力是一個固定值，所以其大小均需根據實際的操作經驗進行確定[3]。當設定的張緊力過大時，容易發生膠帶的磨損及斷裂事故，但張緊力過小時同樣會發生膠帶打滑等事故，所以機械張緊裝置并不能符合本次設計。本文選定DYL 型液壓拉緊站。DYL 型液壓拉緊站由蓄能站、拉緊油箱、電氣控制箱、液壓站及附件組成，其相互間的連接圖如圖1 所示。

大功率強力帶式輸送機工作時張緊裝置處于張緊狀態，啟動輸送機的主電機，通過電器控制使得油泵電機開始運轉并帶動油泵2，油經過單向閥6 流進油缸8 的活塞桿，然后通過動滑輪9 及張緊小車10。油泵工作時系統的壓力處于上升階段，當壓力上升至YJ3 的整定值時，帶式輸送機啟動。當系統的壓力達到YJ2 的整定值后，油泵繼續運行，當及值達到YJ1 的整定值時，電機停止運行。

2 大功率強力帶式輸送機的技術參數

圖1 膠帶液壓拉緊站示意圖

配置完成后的大功率強力帶式輸送機技術參數如下：輸送機長為2 400 m，輸送的最大高度為364 m，輸送機的帶速為4.5 m/s，輸送機寬度為1.2 m，強度為4 500 N/mm，電機型號為1LA4504-4AN，電機的功率為3×1 400 kW，最大的輸送能力為2 200 t/h，設計較為成功。大功率強力帶式輸送機的工藝圖如圖2 所示。

圖2 帶式輸送機設計方案圖（單位：mm）

3 應用效果

設計完成的大功率強力帶式輸送機在機電設備制造廠制造完畢后，在經過嚴格的安裝及調試后，在西曲礦的18202 工作面巷道投入運行。生產實踐表明，該大功率強力帶式輸送機的各項性能均能滿足生產運輸的要求，運行效果良好。