深槽大倾角带式输送机应用条件浅析

2010-09-09汪进雅

采矿与岩层控制工程学报 2010年6期

关键词：深槽托辊输送带

汪进雅

(天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京100013)

深槽大倾角带式输送机应用条件浅析

汪进雅

(天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京100013)

Applied Condition Analysis of Belt Conveyor with Deep-slot and Large Inclined Angle

详细分析了深槽大倾角带式输送机的工作原理及优缺点,通过对普通带式输送机与大倾角带式输送机的性能参数比较,指出深槽大倾角带式输送机虽然在老矿井的改造中发挥了重要作用,但在新建矿井的应用中要综合考虑开拓方式及经济效益。

大倾角;带式输送机;深槽;应用

通常情况下,将上运倾角大于 18°的带式输送机称为大倾角带式输送机。能实现大倾角运输的带式输送机主要有 5种:波状挡边带式输送机、压带式带式输送机、管状带式输送机、花纹带式输送机及深槽带式输送机。

波状挡边带式输送机在国内尚未定型,各厂所生产的产品部件相似但不尽相同,且波状挡边带结构复杂,价格昂贵,提升能力和提升高度有限;压带式带式输送机及管状带式输送机虽然提升高度和提升能力能满足要求,但前者结构复杂,而后者需要较大的带宽和特殊的托辊,两者造价均较高。上述 3种大倾角带式输送机均很难满足多点装载的要求。花纹带式输送机清扫困难,而且传动功率受花纹与改向滚筒之间的比压许用值限制。相比之下,深槽大倾角带式输送机将两侧托辊槽角增至 60°,从而使带式输送机的上运倾角达到 23～28°,且能满足中间多点装载的要求,传动功率与普通带式输送机相差不多,不受特殊条件的限制,清扫、制造均较方便,造价相对于其他 4种也较低。

1 大倾角带式输送机工作原理

由于物料的输送倾角取决于物料的块度、硬度、含水量以及输送机的带速、输送带对物料的侧压力。输送机倾角越大,物料的稳定性越差,越容易引起滑料及滚料,要增大带式输送机的倾角,首先要增大物料与输送带之间的摩擦力,只有摩擦力大于下滑力时,物料才能在输送带的带动下稳定地运行。

如图 1所示,物体在倾斜平面上不产生滑动的最大倾角应满足以下方程:

式中,F为斜面作用在物体上的摩擦力;N为斜面作用在物体上的正压力;f为物体与斜面间的摩擦系数;α为斜面倾角;G为物体重量。

解方程式 (1)得:

图1 上运物体受力分析

由 (2)式可知:物体在倾斜平面上的摩擦系数与最大倾角有关。同理,带式输送机上的物料最大输送倾角决定于物料与输送带间的摩擦力,而摩擦力的大小又与输送带的形状、物料的性质等有关。因此,为了增加物料在输送带上的摩擦力,从而增加其摩擦系数,将带式输送机上的输送带弯曲成如图 2所示的深槽型,将托辊槽角提高到 60°,不仅增加了胶带对物料的侧压力,而且在装载量较少时摩擦系数仍然较大,继而大大提高了带式输送机上的物料最大输送倾角α。新型深槽托辊装置的研制成功,为大倾角带式输送机的发展带来了质的飞跃。

2 大倾角带式输送机性能与使用条件分析

图2 输送带断面

近年来,随着对矿井高产高效要求的不断提高,很多斜井箕斗提升的老矿井都要改造成带式输送机提升,以提高运输能力和自动化水平,深槽大倾角带式输送机在这种条件下发挥了重大作用,带来了巨大的经济效益。

但是,深槽大倾角带式输送机存在的问题也是明显的,例如运输物料中大块物料滚落,严重影响了带式输送机运行过程中的安全性,甚至对井筒中检修工人的生命安全构成了危险。虽然有些厂家采取了设置挡煤装置等措施,但效果不很明显。

另外深槽带式输送机启动圆周驱动力大,即启动加速度大,可能带来的故障有:引起输送机喘振,设备运转不稳定,局部堆料、撒料;传动滚筒处胶带打滑;电动机过载太大,引起零件的破坏。通常情况下,大倾角、大运量的带式输送机启动系数宜控制在 1.05～1.1,启动加速度宜控制在 0～0.05m/s2。故深槽带式输送机对软启动性能要求也较高。为方便说明,现将普通带式输送机和深槽大倾角带式输送机进行对比计算。

设带宽B=1200mm,带速 v=3.15m/s,运量Q=1000t/h,提升高度 H=260m。普通带式输送机倾角取δ=16°;深槽大倾角带式输送机倾角δ= 23°,采用双排交错 V型深槽托辊组。则需要铺设带式输送机长度如图 3所示。

图 3 两种倾角带式输送机计算对比

图 3中Ⅰ为普通带式输送机,斜长 L=943m,Ⅱ为深槽大倾角带式输送机,斜长L=665m。采用《DTⅡ (A)型带式输送机设计手册》中的计算方法进行计算。

圆周驱动力计算公式为:

式中,C为附加阻力系数;f为模拟摩擦系数;L为输送机机长;g为重力加速度,g=9.81m/s2; qRO为承载分支托辊组每米长度旋转部分质量;qRU为回程分支托辊组每米长度旋转部分质量;qB为每米长度输送带质量;qG为每米长度输送物料质量; δ为输送机倾角;FS1为导料槽特种阻力;FS2为清扫器等特种阻力。

启动圆周驱动力计算公式为:

其中,惯性力 Fa为:

式中,m1为直线移动部分质量:

m2为旋转部分质量:

式中,aA为启动加速度,m/s2;n为驱动单元个数;JiD为第 i个旋转部件的转动惯量,kg·m2;ii为驱动单元第 i个旋转部件至传动滚筒的传动比; r为传动滚筒半径,m;Ji为第 i个滚筒的转动惯量,kg·m2;ri为第 i个滚筒的滚筒半径,m。

式 (7)为各个旋转部件的转动惯量转换为传动滚筒上直线移动的质量,其中包括电动机、高速轴连轴器 (或液力耦合器)、制动轮、减速器、低速轴连轴器、逆止器和所有滚筒的转动惯量等。

启动系数计算公式为:

假设驱动单元选用鼠笼电动机 +YOXF型液力耦合器 +减速器 +连轴器 +传动滚筒的组合方式,计算结果如表1。

表 1 两种倾角带式输送机计算结果

从表 1中可以看出,在不采用特殊软启动措施的情况下,倾角越大,启动加速度越大,也就是说深槽大倾角带式输送机要保证平稳启动,需要性能更好的软启动装置。

此外,是否采用深槽大倾角带式输送机还要考虑实际情况和经济效益。假设图 3中Ⅰ为普通带式输送机,Ⅱ为深槽大倾角带式输送机,Ⅲ为井下大巷带式输送机。如果开拓方式及井口位置已定,采用深槽大倾角带式输送机看似比采用普通带式输送机节省了 278m主井井筒工程量,但是多增加了294m大巷工程量。再考虑大倾角带式输送机上托辊数量多 (一般为 4辊双排交错 V型深槽托辊组),而且还要增加能单方向通过的挡料装置以防止块状物料向下滚动造成伤人事故,故设备总投资并不一定减少,甚至还有可能增加。另外,有试验数据表明:深槽大倾角带式输送机要求运输煤炭的外水要控制在 5%～9%以内,而且物料要均匀,粒度不易过大,如清水营煤矿主斜井深槽大倾角带式输送机运输物料的粒度控制在 0～200mm,这对产品块率要求比较高的场合显然是不合适的。