大傾角下運(yùn)帶式輸送機(jī)防飛車治理實(shí)踐

張建榮

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)機(jī)電管理分公司，山西 大同 037003）

1 工程概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)劉家梁礦核定生產(chǎn)能力為240 萬t/a。劉家梁礦下運(yùn)帶式輸送機(jī)常發(fā)生飛車事故，飛車事故是制約其安全運(yùn)行的關(guān)鍵，在超載情況下，電機(jī)制動(dòng)力不足引起飛車，會(huì)造成財(cái)產(chǎn)損失甚至人員傷亡，防飛車治理是劉家梁礦下運(yùn)帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)的技術(shù)難點(diǎn)。著重從設(shè)計(jì)入手，系統(tǒng)地對下運(yùn)帶式輸送機(jī)防飛車治理策略進(jìn)行了分析探討[1-5]，實(shí)現(xiàn)下運(yùn)帶式輸送機(jī)的安全運(yùn)行。

2 飛車狀態(tài)機(jī)理分析

大傾角下運(yùn)帶式輸送機(jī)布置示意圖如圖1 所示，其運(yùn)行工況分為四種狀態(tài)。

圖1 大傾角下運(yùn)帶式輸送機(jī)布置示意圖

（1）空載/輕載運(yùn)行時(shí)，電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)膠帶運(yùn)轉(zhuǎn)，依靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒產(chǎn)生圓周力F克服系統(tǒng)運(yùn)行阻力。

式中：F為滾筒的圓周力，正值為驅(qū)動(dòng)力，負(fù)值為制動(dòng)力，N；f為模擬摩擦系數(shù)，f=0.012；g為重力加速度，g=9.81 m/s2；L為膠帶機(jī)長度，m；q'為每米承載托輥旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量，kg/m；q"為每米回程托輥旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量，kg/m；q0為每米膠帶質(zhì)量，kg/m；q為每米長膠帶上煤料的質(zhì)量，kg/m；H為膠帶的垂高，下運(yùn)時(shí)H為負(fù)值，m；Fs1為托輥前傾摩擦力，N；Fs2為清掃器和導(dǎo)料槽阻力，N。

（2）當(dāng)煤料產(chǎn)生的下滑力與帶式輸送機(jī)輸送帶摩擦力相等時(shí)，電機(jī)處于電動(dòng)和發(fā)電的臨界狀態(tài)下。

（3）隨著不斷增加煤料，輸送帶上煤料產(chǎn)生下滑力大于摩擦力，電機(jī)由臨界狀態(tài)轉(zhuǎn)入發(fā)電狀態(tài)，這時(shí)電機(jī)工作于第二象限，電機(jī)轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速，電機(jī)處于發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)。

當(dāng)電機(jī)處于發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，煤料下滑力為動(dòng)力，電機(jī)功率產(chǎn)生制動(dòng)力與運(yùn)行阻力之和構(gòu)成總阻力。

式中：F為負(fù)值。

（4）隨著煤料進(jìn)一步增加，即q增大，電機(jī)已達(dá)到最大制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，等式右邊仍小于qHG，此時(shí)，即為飛車臨界狀態(tài)。

3 下運(yùn)帶式輸送機(jī)防飛車治理的實(shí)踐應(yīng)用

3.1 防飛車治理策略分析

基于下運(yùn)帶式輸送機(jī)飛車狀態(tài)機(jī)理分析，運(yùn)用摩擦學(xué)理論和電氣控制技術(shù)提出防飛車綜合治理策略，主要有：

（1）將驅(qū)動(dòng)裝置布置于上口（機(jī)尾處），這樣驅(qū)動(dòng)滾筒2 趨入點(diǎn)S2的值增大，上下膠帶都會(huì)拉緊，有利于驅(qū)動(dòng)滾筒防滑，可以充分發(fā)揮驅(qū)動(dòng)滾筒的摩擦力。

式中：F1為上分支運(yùn)行阻力；F2為下分支運(yùn)行阻力（對滾筒1：S1/S1-2≤e1μɑ；對滾筒2：S1-2/S2≤e2μɑ）。

（2）下運(yùn)膠帶機(jī)啟動(dòng)方式設(shè)計(jì)。帶式輸送機(jī)可設(shè)計(jì)采用變頻軟啟動(dòng)模式，具有傳遞效率高、調(diào)速范圍大、易實(shí)現(xiàn)多驅(qū)動(dòng)的功率平衡、反饋電能質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，可采用四象限變頻器進(jìn)行控制，內(nèi)部設(shè)有電能回饋單元和低諧波線路濾波器，電機(jī)處于制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生的電能經(jīng)濾波器濾波后，通過變頻器電能回饋單元回饋到電網(wǎng)，獲得再生能源。

（3）上膠帶布置阻尼板，通過上膠帶和阻尼板之間的正壓力產(chǎn)生阻止飛車的摩擦力，且煤料運(yùn)量越大，摩擦阻力越大，阻尼板應(yīng)采用防靜電、摩擦系數(shù)高的材質(zhì)。

（4）適當(dāng)加大電機(jī)功率，由公式（2）知電機(jī)功率越大，處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，所產(chǎn)生的制動(dòng)力矩越大，有利于阻止系統(tǒng)飛車。

（5）增大下口卸載滾筒處膠帶張力，提高驅(qū)動(dòng)滾筒防滑性能。

（6）增大驅(qū)動(dòng)滾筒的圍包角，將摩擦力用足可有效防止膠帶和滾筒之間相對滑動(dòng)。

（7）為防止大塊煤料在膠帶上打滑，可適當(dāng)增加上膠帶槽形角。

3.2 案例應(yīng)用分析研究

以晉能控股煤業(yè)集團(tuán)劉家梁礦下運(yùn)帶式輸送機(jī)為案例，對帶式輸送機(jī)防飛車問題進(jìn)行綜合治理實(shí)踐。

3.2.1 基本參數(shù)

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)劉家梁礦下運(yùn)帶式輸送機(jī)基本參數(shù)如下。

（1）輸送煤料：原煤；（2）輸送機(jī)小時(shí)運(yùn)輸能力：Q=600 t/h；（3）膠帶寬度：B=1000 mm；（4）運(yùn)輸速度：v=2.5 m/s；（5）輸送機(jī)長度：L=L1+L2==590 m，其中L1=40 m，傾角βl=0°，L2=550 m，傾角β2=-22°；（6）煤料提升高度：H=-203 m；（7）每米機(jī)長煤料重量：q=66.7 kg/m；（8）每米長膠帶質(zhì)量：q0=34 kg/m；（9）每米機(jī)長上托輥旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量：q'=17.46 kg/m；（10）每米機(jī)長下托輥旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量：q"=4 kg/m；（11）輸送帶：ST2000 鋼絲繩芯阻燃輸送帶；（12）運(yùn)行阻力系數(shù)：f=0.012；（13）膠帶與傳動(dòng)滾筒之間的摩擦系數(shù)：μ=0.25。

3.2.2 運(yùn)行阻力計(jì)算

（1）上分支運(yùn)行阻力

（2）下分支運(yùn)行阻力

（3）附加阻力

（4）總運(yùn)行阻力

3.2.3 傳動(dòng)功率計(jì)算

（1）傳動(dòng)滾筒軸功率

（2）所需電動(dòng)機(jī)功率

（3）驅(qū)動(dòng)裝置選擇。采用雙電動(dòng)機(jī)雙驅(qū)動(dòng)滾筒驅(qū)動(dòng)方式，四象限變頻器控制，電動(dòng)機(jī)型號(hào)：YB2-315 L2-4，200 kW，1485 r/min，660/1140 V；減速器：M3PSF70+2FAN，i= 31.5。

（4）制動(dòng)裝置選擇。滿載時(shí)最大靜力矩

Mj=gqH×0.5D=9.81×66.7×203×0.5×1 ≈66 414（N·m）=66.41（kN·m）（傳動(dòng)滾筒直徑D=1 m）；安全制動(dòng)時(shí)最大靜力矩：M'z=1.2×1.5Mj=1.2×1.5×66.41 ≈119.5（kN·m）（ 式 中1.2 為輸送量超載系數(shù)）；每個(gè)制動(dòng)裝置所需最大靜力矩：Mz=M'z=119.5 kN·m。

制動(dòng)裝置：KZP-φ1400 自冷盤式可控制動(dòng)裝置，制動(dòng)盤直徑1.4 m（與滾筒軸連接）；制動(dòng)器：YZ100，最大制動(dòng)力矩152 kN·m。另外，增設(shè)4 處阻尼板。

3.2.4 輸送帶張力計(jì)算

（1）輸送帶最小張力

取輸送帶最小張力S3=S4=20 kN。

（2）第一傳動(dòng)滾筒奔離點(diǎn)處膠帶張力

（3）第二傳動(dòng)滾筒趨入點(diǎn)處膠帶張力

（4）膠帶安全系數(shù)

3.2.5 傳動(dòng)打滑校核

設(shè)第二傳動(dòng)滾筒傳動(dòng)功率用足，則第一與第二傳動(dòng)滾筒之間的膠帶張力：

3.2.6 膠帶拉緊裝置選擇

選用自控液壓拉緊裝置，拉緊裝置位于膠帶機(jī)尾部，拉緊裝置對張緊小車的張緊力在正常工況為：T=2S4=2×20=40 kN；啟動(dòng)時(shí)Tmax=1.5T=60 kN。

選用自控液壓拉緊裝置型號(hào)為DYL-02，最大拉緊力為100 kN，拉緊行程為8 m。

4 應(yīng)用效果分析

大傾角下運(yùn)帶式輸送機(jī)運(yùn)行較為復(fù)雜，飛車治理問題至關(guān)重要。晉能控股煤業(yè)集團(tuán)劉家梁礦下運(yùn)帶式輸送機(jī)于2021 年5 月按以上方案完成防飛車治理改造并投入到實(shí)踐應(yīng)用當(dāng)中，當(dāng)前該下運(yùn)帶式輸送機(jī)已運(yùn)行有1 年之久，設(shè)備整體運(yùn)行穩(wěn)定，無一起飛車現(xiàn)象發(fā)生，防飛車綜合治理效果理想，有效地保障了下運(yùn)帶式運(yùn)輸機(jī)的安全運(yùn)行，為企業(yè)創(chuàng)造了較好的安全經(jīng)濟(jì)效益。