陽泉二礦采區帶式輸送機改造設計

張少星

（山西國辰建設工程勘察設計有限公司，山西 陽泉 045000）

1 礦井及地質概況

陽泉煤業（集團）有限責任公司二礦距陽泉市5 km，井田以東為大陽泉井田，以西為西上莊井田，南部與五礦井田相鄰，北部以石太鐵路為界，石太鐵路和太舊高速公路穿越礦區而過。井田內地質構造簡單，煤層穩定，盛產優質無煙煤。

礦井采用主斜井、副立井混合開拓方式。礦井現有10 個進風井：東主斜井、西主斜井、東副立井、西副立井、材料提升斜井、小南溝進風立井、南山進風立井、桑掌進風立井、龍門進風立井、北茹進風立井，其中有6 個提升井：東主斜井、西主斜井、東副立井、西副立井、龍門進風立井、材料提升斜井；4 個回風井：南山回風立井、桑掌回風立井、龍門回風立井、北茹回風立井。

2 改造的必要性

目前15 號煤十一采區現安裝有兩部可伸縮帶式輸送機搭接運行，擔負著十一采區煤炭運輸任務，運量為1 500 t/h。其中：第一部帶式輸送機帶寬1 200 mm，膠帶型號為PVG1200S，帶速3.5 m/s，驅動采用2×315 kW 電機；第二部帶式輸送機帶寬1 200 mm，膠帶型號為PVG1200S，帶速3.5 m/s，驅動采用2×250 kW 電機。自從帶式輸送機安裝以來至今已經運行較長時間，由于煤炭運量大，設備長期處于滿負荷運行，設備出現故障頻率較大，部分皮帶老化嚴重。

按照礦方總體規劃及2019年度生產銜接，帶式輸送機還要承擔8 號煤15 采區原煤運輸任務；8 號煤15 采區原煤通過15 號煤十一采區皮帶巷上部煤倉落入15 號煤十一采區皮帶。因此，15 號煤十一采區皮帶巷須同時滿足15 號煤十一采區及8 號煤15 采區原煤運輸任務。運輸量須由原來的1 500 t/h 提高到2 000 t/h，原有帶式輸送機已不能滿足原煤運輸任務。

因此，需對現有帶式輸送機進行改造，根據現場實際情況以及礦方生產銜接的要求，本次設計新選用一部膠帶機來完成原煤運輸任務。

3 選型設計

3.1 設計依據

機長：1 740 m；工作制度：330 d，16 h；運輸能力：2 000 t/h；帶速：v=4.0 m/s。

膠帶輸送機布置：機尾雙滾筒三電機驅動，功率配比P1:P2=2:1，電機功率3×355 kW；初選膠帶：鋼繩芯膠帶ST/S2000（MT668-2008，阻燃抗靜電），B=1 200 mm。

3.2 托輥選型計算

查表得每米長度輸送帶的質量qB=40.8 kg/m。

（1）靜載荷

承載分支托輥：PO=eaO（qG+qB）g=1 692 N

式中：PO為承載分支托輥靜載荷，N；e 為輥子載荷系數，三節輥，取0.8；aO為承載分支托輥間距，1.2 m；qG為輸送能力，取138.89 kg/s；qB為每米長度輸送帶質量，取40.8 kg/m；g 為重力加速度，取9.81 N/kg。

回程分支托輥：Pu=eauqBg=1 201 N

式中：e 為輥子載荷系數，一節輥，取1；au為回程分支托輥間距，3 m。

（2）動載荷

承載分支托輥：PO′=PO·fs·fd·fa=2.37 kN

回程分支托輥：Pu′=Pu·fs·fa=1.45 kN

式中：fs為運行系數，取1.1；fd為沖擊系數，取1.16；fa為工況系數，取1.1。

（3）托輥選型

上托輥：Φ159，L=465 mm ；GRO=31.59 kg。

式中：qRO為每米機長上托輥傳動部分的質量qRO=GRO/Ls=26.325 kg/m；GRO為每組上托輥轉動部分的質量；Ls為上托輥間距，1.2 m。

下托輥：Φ159，L=700 mm；GRO=26.56 kg。

式中：qRu為每米機長下托輥轉動部分的質量，qRu=GRu/Lx=8.853 kg/m；GRu為每組下托輥轉動部分質量；Lx為下托輥間距，3 m。

3.3 帶式輸送機受力情況簡要設計計算（分情況計算如下）

（1）電動機最大電動狀態時：

承載段阻力：

滿載：F=c·f·L·g·[qRo+（qB+qG）cosδ]±Hg（qB+qG）

空載：F=c·f·L·g·[qRo+qBcosδ]±HgqB

經計算可得，圓周力：FU=149 175 N。

（2）電動機最大發電狀態時：

承載段阻力：F=c·f·L·g·[qRo+（qB+qG）cosδ]±Hg（qB+qG）

空載：F=c·f·L·g·[qRo+qBcosδ]±HgqB

經計算可得，圓周力：FU=-64 479 N。

（3）全程滿載時：

承載段阻力：F=c·f·L·g·[qRo+（qB+qG）cosδ]±Hg（qB+qG）

空載：F=c·f·L·g·[qRo+qBcosδ]±HgqB

由以上計算可得，圓周力：FU=90 703 N。

（4）全程空載時：

承載段阻力：F=c·f·L·g·[qRo+（qB+qG）cosδ]±Hg（qB+qG）

空載：F=c·f·L·g·[qRo+qBcosδ]±HgqB

由以上計算可得，圓周力：FU=63 722 N。

式中：c 為與輸送機長度有關的系數，取1.05；f 為模擬摩擦系數，電動狀態取0.03，發電狀態取0.012；L 為機長，取1 740 m。

表1 各種狀態圓周力及功率

3.4 功率計算

式中：k 為啟動系數，取1.3；euφ為歐拉系數，查表得euφ=2.85。

由以上計算可得，最大電動狀態下，圓周力最大：FU=154 175 N。

傳動滾筒軸功率為：P0=FU·v/1 000=617 kW。

驅動電機功率為：PM=P0/ηη′η″=722/0.85×0.9×0.9=846 kW。

式中：η 為傳動效率，取0.85；η′為電壓降系數，取0.9；η″為多機驅動功率不平衡系數，取0.9。

傳動滾筒選用雙滾筒三電機驅動，P1:P2=2:1，電機功率3×355 kW。電動機額定功率為：355 kW；額定轉速為：1 500 r/min（防爆電機）。

3.5 各點張力計算

由兩滾筒功率配比得到，兩滾筒圓周力FUⅠ：FUⅡ=2:1

Ⅱ滾筒圓周力FUⅡ=FU/3=51 392 N

Ⅰ滾筒圓周力FUⅠ=2×FU/3=102 783 N=41 669 N

取S1=80 000 N，逐點張力法計算各點張力。

3.6 輸送帶下垂度校核

空載段：S1＞Smin=37.5×qB·g=15 009 N

承載段：S46＞Smin=15×（qG+qB）g=26 441 N

S3=78 891 N，S44=121 563 N，滿足垂度要求。

3.7 膠帶防打滑驗算

SⅠ-Ⅱ=S1+FUⅡ=125 301 N

SⅠ-Ⅱ/S1=1.64＜eμα=2.85

S86/SⅠ-Ⅱ=1.78＜eμα=2.85

式中：SⅠ-Ⅱ為Ⅰ滾筒和Ⅱ滾筒之間的圓周力。

3.8 膠帶安全系數驗算

根據S86值，帶強2 000 N/mm，計算安全系數：

n=10.25，滿足煤礦安全規程要求。

3.9 傳動滾筒、改向滾筒直徑確定

預選傳動滾筒直徑D=1 000 mm

Ⅰ滾筒：合力FⅠ＞S86+SⅠ-SⅡ=366 kN

MⅠ＞FUⅠ·D/2000=51.4 kN·m

Ⅱ滾筒：合力FⅡ＞SⅠ-Ⅱ+S1=212 kN

扭矩MⅡ＞FUⅡ·D /2000=25.7 kN·m

3.10 制動器選型計算

（1）高速軸上制動力矩

MT′=1.5×9 550×p/n

=1.5×9 550×355/1 500=3 390 N·M

式中：p 為電動機功率，取355 kW；n 為電動機轉速，取1 500。

（2）低速軸上的制動力矩

MT=MT ′×I=67 800 N·M

式中：I 為高速軸與低速軸間的傳動比，I=1 500/（60×4.0/3.14/1.25）=19.625，取標準速比：I=20。

制動器選用KPZ-1200/YZ-200 型盤式制動器，最大制動力矩：118 kN·m，制動方式為軟制動。

3.11 拉緊裝置

拉緊形式采用機尾拉緊裝置拉緊。

張緊力S ′=2S1=160 kN。

拉緊行程Lz≥(ε0+ε1)L+ln=7.09 m，取Lz=10 m。

式中：ε0為輸送帶彈性伸長和永久伸長綜合系數，取0.002 5；ε1為托輥組間的輸送帶的屈撓率，取0.001；L 為機長，取1 740 m；ln為輸送帶的安裝附加行程，取1 m。

拉緊裝置（防爆）型號：ZYJ-200/16.5D-A，最大拉緊力：200 kN，拉緊行程：10 m。

3.12 減速機選型

根據上述計算，選用M3RSF70（i=20）型減速器，輸出扭矩88.1 kN·m，額定功率661 kW。

3.13 膠帶輸送機主要技術特征

帶式輸送機型號：DTⅡ固定帶式輸送機，雙滾筒三電機驅動；運量：Q=2 000 t/h；膠帶型號：鋼繩芯膠帶ST2000（MT668-2008，阻燃抗靜電）；帶寬：1 200 mm；帶強：2 000 N/mm；帶速：4.0 m/s；驅動滾筒：D=1 000 mm；Ⅰ滾筒：合力＞366 kN，扭矩＞51.4 kN·m；Ⅱ滾筒：合力＞212 kN，扭矩＞25.7 kN·m；輸送機安裝長度：1 740 m；膠帶安全系數：m=10.25；配套電機：轉速：1 500 r/min，電機功率 355 kW，3 臺（防爆電機）；減速器：MC3RSF70 Fan 速比i=20；制動器：KPZ-1200/YZ-200 型盤式制動器，最大制動力矩：118 kN·m，制動方式為軟制動；拉緊裝置（防爆）型號：ZYJ-200/16.5D-A，最大拉緊力：200 kN，拉緊行程：10 m。

4 結語

通過對現有帶式輸送機的改造，提高了二礦的煤炭運輸能力，滿足了礦方總體規劃，保證了2019年度生產銜接，滿足了原煤運輸任務，具有一定的現實意義。