引言

帶式輸送機運輸能力大,能實現(xiàn)連續(xù)運輸,有利于實現(xiàn)礦井的安全高效生產。而且?guī)捷斔蜋C自動化程度高,操作簡便,易于實現(xiàn)集中管理,能夠簡化運輸環(huán)節(jié)、提高生產效率和保證生產安全,因此帶式輸送機在煤礦運輸中應用廣泛。

主斜井帶式輸送機是煤礦的"咽喉",決定了煤礦生產能力的大小。本文針對某礦主斜井實際工程案例,對主斜井帶式輸送機進行了設計、計算和選型。

1設計原始參數(shù)

原煤粒度為0~300mm,輸送能力0=5000t/h,堆積密度p=950kg/m3,動堆積角9=209,機長L≈2200m,提升高度H≈331m,傾斜角度6=29~0.29~129。

2初定帶式輸送機參數(shù)

根據(jù)帶式輸送機輸送能力、提升高度,綜合各種因素,初步確定帶寬B=2000mm,帶速w=5..m/6,上托銀間距as=1200mm,下托銀間距a0=3000mm,上托銀槽角入=359,下托銀槽角入=109,托銀直徑19Umm。

3技術方案比選

主斜井帶式輸送機是礦井生產的關鍵設備,為了保證其設備選型技術先進、經(jīng)濟合理及安全可靠運行,有必要對輸送機選型方案進行技術比較。通過分析井筒及運輸設備等因素,對輸送機的布置提出以下方案:

方案一:在井筒內安裝一部帶式輸送機,機長2200m,提升高度331m,驅動裝置設在頭部。

方案二:在井筒內安裝兩部前后搭接布置的帶式輸送機,機長分別為1250m、9.0m,提升總高度331m,驅動裝置分別設在井口和井筒中部。

方案三:在井筒內安裝一部帶式輸送機,機長2200m,提升高度331m,頭部、中部分別設置相同的驅動裝置。主斜井帶式輸送機三個選型方案技術比較如表1所示。

方案二、方案三都能有效降低輸送帶帶強,但井筒中部需要設相關碉室,增加了井巷工程的工程量和施工難度,中部的設備運送及檢修也不方便。當采用變頻驅動時,由于大功率高壓防爆變頻器目前尚無正式產品,所以變頻器只能放在井口房內,距離中部驅動裝置較遠,需用長電纜下送。方案一采用一臺帶式輸送機,驅動裝置設在主斜井井口處,檢修維護方便,井筒中部不設驅動裝置碉室,減少了井筒工程量,雖帶強較高,但目前國內外產品均能滿足要求。經(jīng)綜合比較,選擇方案一為設計方案。主斜井帶式輸送機布置簡圖如圖1所示。

4計算選型

4.1張力計算

4.1.1核算輸送能力

根據(jù)B=2000mm,9=209查表得s=0.U419m2:根據(jù)6=129查表得k=0.93,計算s實=0.UU41m2:經(jīng)計算,輸送帶的裝滿系數(shù)約為.18,滿足要求。

4.1.2圓周驅動力計算

其中,主要阻力CFH=400012N:物料提升阻力Fst=802913N:主要特種阻力Fs1=5512N:附加特種阻力Fs2=27798N:計算得:全程滿載時圓周力FU=1236235N。

4.1.3傳動功率計算傳動滾筒軸功率:

電動機功率:

式中,n為總傳動效率,n=0.83。

選用雙滾筒四電機傳動,選電動機型號YBBP800M2-4(防爆),N=4×2800kw,功率備用系數(shù)為1.34,滿足要求。

4.1.4輸送帶張力

(1)輸送帶不打滑條件校核:

輸送帶不打滑條件為:

FUmaⅩ=KAFU,第一級傳動滾筒圍包角。=190o,第二級傳動滾筒圍包角。=190o,尤拉系數(shù)euo=2.7,啟動系數(shù)KA=1.20。設euo用足,F2=FUmaⅩ2/(euo-1)=435570N。則:機尾張力F4=F3=F2＋FHC＋Fr＋Fe2-HggB=74632N。

(2)輸送帶下垂度校核:

承載分支最小張力F承min為:

回程分支最小張力F回min為:

因此,可取F4=74632N,則F2=435570N,F1-2=1053687N,F1=1671805N。

F1/F1-2=1.59≤euo=2.70,F1-2/F2=2.42≤euo=2.70,滿足要求。

(3)輸送帶安全系數(shù):

輸送帶額定拉斷強度:

輸送帶安全系數(shù)sA≤FLD/FmaⅩ=7.54>7,其中輸送帶穩(wěn)定運行的最大張力FmaⅩ=F1=1671805N,因此,選用sT6300(阻燃)輸送帶滿足要求。

(4)拉緊力計算:

帶式輸送機采用尾部液壓自動拉緊裝置,計算拉緊力F拉=2F4=149.26kN。

4.2各部件選型

GB50431一2008《帶式輸送機工程設計規(guī)范》第9.6.1條第1款規(guī)定:發(fā)生逆轉的向上輸送的帶式輸送機,應裝設制動裝置或逆止裝置:發(fā)生逆轉的向上輸送的大型帶式輸送機,應同時裝設制動裝置和逆止裝置。

4.2.1逆止器選型

逆止力矩的計算依據(jù)GB50431一2008《帶式輸送機工程設計規(guī)范》第9.6.3條規(guī)定:

帶式輸送機所需逆止力矩:ML=(Fst-FH)D/2:

逆止器額定逆止力矩:M=k2ML。

其中輸送機傾斜阻力Fst=803kN:主要阻力FH=fLg[(gRo＋gRU)＋(2gB＋gG)cos6]=105kN(式中f=0.012):傳動滾筒直徑D=2000mm:k2為逆止裝置工況系數(shù),取1.5~2,每天不超過3~4次,取低值,否則取較高值。

則計算帶式輸送機所需逆止力矩ML=698kN·m:逆止器所需的額定逆止力矩M=k2ML=1396kN·m(其中工況系數(shù)k2=2)。

由于帶式輸送機運量較大,采用雙滾筒四電機驅動,設計考慮選用2臺逆止器,確保帶式輸送機安全運行。

逆止力矩的選擇必須保證單個逆止器的逆止力矩大于或等于整機的逆止力矩。因此,選用2臺BC-1200MA型逆止器,單臺逆止器額定逆止力矩為1628kN·m>1396kN·m,滿足要求。

4.2.2制動器選型

GB50431一2008《帶式輸送機工程設計規(guī)范》第9.6.1條第3款規(guī)定:向上及向下輸送的帶式輸送機,制動裝置的制動力矩不得小于帶式輸送機所需制動力矩的1.5倍。

制動力矩計算時應考慮幾種不利工況,即帶式輸送機滿載制動工況、空載制動工況及斜段滿載停車逆止工況制動。

通過計算可以發(fā)現(xiàn):斜段滿載、平段空載停車的逆止工況下情況最為不利,故選用制動器時,依據(jù)此工況下逆止力為制動力計算最為可靠。前文已計算逆止力矩ML=698kN·m,計算制動器的額定制動力矩M=K1×ML=1.5×698=1047kN·m,其中K1=1.5。選用sHI252/380x4型制動器一套,制動盤直徑2000mm,額定制動力矩為1152kN·m>1047kN·m,滿足要求。

4.2.3驅動裝置選型

驅動裝置是主斜井帶式輸送機的關鍵部件,對于大型帶式輸送機,驅動方式的選擇和帶式輸送機的控制,對整機的穩(wěn)定、可靠運行至關重要。由于本輸送機運輸距離較長、運輸能力大,為降低啟動和緊急制動時輸送帶的動張力,減少啟動時對電網(wǎng)的沖擊和啟動過程中各承力部件的動載荷,延長減速器、電動機和工作機構等關鍵部件的使用壽命,實現(xiàn)電機間的功率平衡,應對帶式輸送機的啟動/制動加速度進行控制,因此驅動裝置應具有軟啟/停功能。

經(jīng)綜合考慮,本設計確定采用6kV/10kV變頻器配套普通防爆變頻異步電動機＋減速器的驅動方式。

選用H3sH25型減速器4臺,配風冷油站(防爆),速比i=28。

4.2.4拉緊裝置選型

自動張緊裝置可根據(jù)啟動與穩(wěn)定運行的工況自動調節(jié)張力,使得正常運行時輸送帶張力處于較低狀態(tài),對輸送帶有利:在啟動時輸送帶張力處于較高狀態(tài),防止機頭傳動滾筒發(fā)生"打滑"現(xiàn)象。

設計選用型號為ZLY-250的尾部液壓自動拉緊裝置。

4.2.5主斜井帶式輸送機的保護與供電

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》(2016版)的規(guī)定,主斜井帶式輸送機選用一套集監(jiān)測、控制、信號、通信為一體的監(jiān)控系統(tǒng),包括驅動滾筒打滑、堆煤、跑偏、溫度、煙霧、輸送帶撕裂、輸送帶接頭異常、輸送帶張力下降、溜槽堵塞、電動機過載、電機超溫等多項保護功能,以及沿線拉線開關和啟動預告信號裝置。

由于主斜井帶式輸送機提升高度較大,為確保運行和人員安全,有效降低斷帶的危險,在頭部驅動的適當位置安裝一套輸送帶接頭在線檢測系統(tǒng)。

5結論

經(jīng)過詳細計算、綜合分析、選型比較,最終確定主斜井帶式輸送機的主要技術參數(shù)為:輸送能力Q=5000t/h,帶寬B=2000mm,速度,=5.6m/s,機長L≈2200m,傾斜角度6=0s~12s,輸送帶sT6300(阻燃型防撕裂),采用雙滾筒四電機傳動。防爆變頻電動機型號YBBP800M2-4(6kV),功率N=2800kw×4臺:減速器H3sH25+風冷油站(防爆),速比i=28:采用變頻驅動:采用尾部液壓自動拉緊:配sHI252/380x4型液壓盤式制動器一套和BC-1200MA型低速軸逆止器兩臺,確保該輸送機安全運行。