皮帶輸送機驅(qū)動裝置的布置與選型分析

李潤平

（華陽新材料科技集團五人小組管理部， 山西 陽泉 045000）

引言

皮帶輸送機為綜采工作面和地面煤炭運輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)備，其運輸效率、穩(wěn)定性和成本將直接關(guān)系工作面甚至整個煤礦的生產(chǎn)能力。簡單地說，皮帶輸送機由驅(qū)動裝置、皮帶、張緊裝置以及滾筒等組成。驅(qū)動裝置作為皮帶輸送機的動力源，其安裝位置的不同和所選型部件、零件的不同將直接決定設(shè)備的驅(qū)動能力和制動性能[1]。本文將著重對皮帶輸送機驅(qū)動裝置的布置和關(guān)鍵部件及零件的選型進行研究分析。

1 驅(qū)動裝置概述

驅(qū)動裝置主要是由驅(qū)動電機、制動器等部件組成的，其具體分析如下：

1.1 驅(qū)動電機

根據(jù)驅(qū)動方式的不同可將驅(qū)動電機分為直流驅(qū)動電機和交流驅(qū)動電機。直流驅(qū)動電機能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)速且啟動和運行過程相對平穩(wěn)。但是，直流驅(qū)動電機的造價成本較高，僅適用于功率較低的設(shè)備，并且后期維護相對復(fù)雜，故障率高[2]。因此，目前應(yīng)用于煤礦運輸任務(wù)中的驅(qū)動電機以交流驅(qū)動單機為主。

對于交流驅(qū)動電機而言，其與直流驅(qū)動電機本質(zhì)的區(qū)別在于調(diào)速功能和啟動性能較差，容易在啟動階段對系統(tǒng)造成較大的沖擊力。因此，在實際應(yīng)用中為解決交流驅(qū)動電機調(diào)速和啟動性能較差的問題，一般采用CST 系統(tǒng)實現(xiàn)皮帶輸送機的軟啟動，采用變頻器實現(xiàn)對皮帶輸送機的變頻調(diào)速。

1.2 制動器

制動器為保障皮帶輸送機安全、可靠運行的關(guān)鍵部件。在實際應(yīng)用中遇到緊急情況或者設(shè)備故障時需要將設(shè)備緊急停機，對應(yīng)制動器的性能是保障設(shè)備平穩(wěn)、安全停機的基礎(chǔ)。目前，皮帶輸送機以盤式制動器為主，其主要由制動盤、制動閘以及對應(yīng)的液壓控制系統(tǒng)等組成[3]。制動原理為：通過液壓控制系統(tǒng)控制乳化液的壓力，從而控制制動盤與制動閘之間的壓力，進而實現(xiàn)設(shè)備的停機或減速動作。

2 皮帶輸送機驅(qū)動裝置的設(shè)計與布置

2.1 皮帶輸送機驅(qū)動裝置的設(shè)計

鑒于皮帶輸送機在實際運輸任務(wù)中的需求，要求其驅(qū)動裝置滿足如下功能要求：

1）要求皮帶輸送機在啟動階段盡可能降低對系統(tǒng)的沖擊；

2）盡可能保證驅(qū)動裝置能夠為系統(tǒng)整體提供足夠的驅(qū)動力，保證滾筒與輸送帶在啟動和制動階段不會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象；

3）對于輸送距離較長的設(shè)備，應(yīng)考慮設(shè)備的多點驅(qū)動，并解決多點驅(qū)動帶來的功率不平衡問題；

4）要求皮帶輸送機的驅(qū)動裝置能夠根據(jù)運輸任務(wù)實時對運速進行控制，從而達到節(jié)能的效果。

結(jié)合上述所提出皮帶輸送機驅(qū)動裝置的功能要求，并對不同驅(qū)動方式（機械驅(qū)動、電力驅(qū)動以及液壓驅(qū)動）進行比對綜合分析后，最終確定所選擇液壓驅(qū)動方式實現(xiàn)對皮帶輸送機的驅(qū)動、制動任務(wù)，其對應(yīng)的核心結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 液壓驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)簡圖

2.2 皮帶輸送機驅(qū)動裝置的布置

目前，皮帶輸送機驅(qū)動裝置根據(jù)其安裝位置的不同可分為頭部集中布置、中間布置和頭尾分散布置三個方式。其中，頭部集中布置的功率不平衡現(xiàn)象嚴重；中間布置可有效降低系統(tǒng)驅(qū)動力過于集中的問題；頭尾分散布置適用于長距離、大運量的設(shè)備，且其對應(yīng)電機所需的安裝空間較小[4]。

根據(jù)上述三種驅(qū)動裝置布置位置的不同，驅(qū)動力過于集中往往會導(dǎo)致輸送帶撕裂、運輸不平穩(wěn)等現(xiàn)象。因此，以驅(qū)動裝置為設(shè)備提供驅(qū)動力的性能為主要考核指標，最終確定選用中間布置的方式，具體如圖2 所示。

圖2 皮帶輸送機驅(qū)動裝置中間布置結(jié)構(gòu)示意圖

3 皮帶輸送機驅(qū)動裝置的選型

本文將根據(jù)如表1 所示皮帶輸送機的相關(guān)參數(shù)完成對驅(qū)動裝置關(guān)鍵部件的選型設(shè)計。

表1 皮帶輸送機相關(guān)參數(shù)

3.1 電機的選型

電機為皮帶輸送機的核心部件，是整個設(shè)備的動力源。因此，必須根據(jù)皮帶輸送機的實際運輸情況（輸送帶承載、運速等）完成電機的選型。電機選型的主要依據(jù)為功率值，其對應(yīng)的功率P 計算公式如式（1）所示：

式中：k 為皮帶輸送機的動力系數(shù)，該參數(shù)僅與設(shè)備本身相關(guān)，k=1.2；v為輸送帶的運輸速度，v=2 000 mm/s；η 為與電機相配套減速器的效率，一般η=0.85；W0為輸送機所需總的牽引力，根據(jù)該設(shè)備的運量、運速以及煤料的相關(guān)參數(shù)，得出W0=260 N。

經(jīng)計算可得，要求電機的功率值不能小于732 kW。結(jié)合當(dāng)前市面交流電機的產(chǎn)品參數(shù)及成本，最終選擇兩臺功率分別為400 kW 的電機作為皮帶輸送機的驅(qū)動電機[5]。所選型驅(qū)動電機的型號為YPKK500-8G，該電機為三相異步電機，具備變頻調(diào)速功能，采用冷卻控制對設(shè)備進行冷卻，對應(yīng)電機軸的中心高度為500 mm。

3.2 關(guān)鍵液壓元器件選型

液壓馬達和液壓泵為皮帶輸送機驅(qū)動裝置的關(guān)鍵液壓元器件，其選型設(shè)計如下：

3.2.1 液壓馬達的選型

排量為液壓馬達的核心參數(shù)，也是其主要選型依據(jù)。液壓馬達最大排量Vm的計算公式如式（2）所示：

式中：T 為皮帶輸送機對應(yīng)驅(qū)動滾筒所需的最大扭矩值，經(jīng)牽引力換算得出 T=8.2 kN·m；p1、p2分別為皮帶輸送機實際工作中對應(yīng)液壓馬達的工作壓力和回路壓力，p1=25 MPa，p2=1 MPa；ηm為整個液壓回路中對應(yīng)液壓馬達的機械效率，ηm=0.9

基于式（2）得出，該皮帶輸送機正常運行所需液壓馬達提供的最大排量為2.4 L/r。結(jié)合當(dāng)前市面的液壓馬達的產(chǎn)品參數(shù)及成本，最終確定液壓馬達的型號為1QJM-53-3.2。

3.2.2 液壓泵的選型

根據(jù)液壓馬達的工作壓力和回路壓力，要求液壓泵所提供的最小壓力不得小于p1+p2，即26 MPa。

由于所選型液壓馬達對應(yīng)的最大流量為161 L/min，考慮在實際工作中存在泄露的問題，取泄露系數(shù)為1.1，則液壓泵所提供的最大流量不得小于1.1×161 L/min=177.1 L/min。

結(jié)合液壓泵設(shè)計的最小壓力和最小流量，最終確定液壓泵的型號為160CY14-1B。

4 結(jié)論

皮帶輸送機為煤礦工作面和地面的關(guān)鍵運輸設(shè)備，其運輸效率和穩(wěn)定性直接決定工作面及地面生產(chǎn)能力。驅(qū)動裝置作為皮帶輸送機的核心部件，其布置方式和關(guān)鍵零部件的選型對保證整機設(shè)備的性能尤為重要。針對某礦長距離、大運量的運輸要求，選擇中間布置方式的驅(qū)動裝置，并完成電機和液壓元器件的選型。其中，電機型號為YPKK500-8G，液壓馬達型號為 1QJM-53-3.2， 液壓泵型號為160CY14-1B。