中部驱动在大型可伸缩带式输送机的设计与应用

郭晓刚

(中国煤炭科工集团 北京华宇工程有限公司,北京 100120)

中部驱动在大型可伸缩带式输送机的设计与应用

郭晓刚

(中国煤炭科工集团 北京华宇工程有限公司,北京 100120)

基于长距离可伸缩带式输送机的设计,要受到矿井工作面自然条件、巷道的长度、采煤工作面运量等诸多因素的制约,且顺槽带式输送机长度的合理选择,对井下采区划分至关重要。介绍了大型可伸缩带式输送机的典型应用,为广大设计同行今后的设计工作提供借鉴。

中部驱动;长距离;可伸缩带式输送机

1 可伸缩带式输送机原理

可伸缩带式输送机与普通带式输送机的工作原理一样,都是以输送带作为牵引承载机构的连续输送设备,它与普通带式输送机相比增加了储带装置、输送带收放装置、自移机尾等。可伸缩带式输送机原理,见图1。

图1 可伸缩带式输送机原理图1-卸载滚筒;2-传动滚筒;3-传动滚筒;4-储带仓;5-自移机尾Fig.1 Schematic Diagram of retractable belt conveyor(1. unloading roller; 2. driving roller; 3. driving roller; 4. belt storage device; 5. self-moving tail)

可伸缩带式输送机包含7个方面的关键技术:1)动态分析与监控技术;2)软起动与功率平衡技术;3)中部驱动技术;4)自动张紧技术;5)高速托辊技术;6)自移机尾技术;7)高效储带技术。

在煤矿采区工作面设计中,顺槽可伸缩带式输送机的长度往往影响着工作面的数量及布置方式,因此合理选择顺槽可伸缩带式输送机的长度至关重要。而顺槽输送机长度受到输送带强度和工作环境的限制,不能无限增大,只能通过中部多点驱动方式来解决长距离输送物料问题。

目前中部驱动的方式主要有三种:直线摩擦式、钢丝绳牵引式和滚筒卸载式。滚筒卸载式相较其它两种具有:驱动单元结构简单、拆装方便、便于布置、制造成本低等特点,故成为煤矿工作面顺槽可伸缩带式输送机的首选方案。

现结合本人的设计实践,探讨采用滚筒卸载式中部驱动时,驱动装置的安装位置及输送带张力的计算。

2 中部驱动点的设置

2.1中部驱动点的数量

根据煤矿井下工作面的生产实际,工作面需定期“搬家”,作为工作面主运输设备的顺槽可伸缩带式输送机拆装较频繁,为适应此种工况,设计应尽量减少中部驱动点的个数,通常仅布置一个中部驱动点。

2.2中部驱动点的位置

顺槽带式输送机的输送带采用PVG/PVC型,这种输送带的优点是胶带接头用卡子结合,便于带式输送机的伸长与缩短。当带式输送机选型计算时,必须满足规范要求的安全系数,而受输送带带强、带速的限制,顺槽带式输送机不能无限制加长。

目前国内此种输送带可用到PVG/PVC 2500S(带强2 500 N/mm),顺槽带式输送机的带速v≤4.5 m/s。通过大量经验数据得出:中部驱动点的位置距离头部机头L/3～L/2处。

3 算例

图2为陕西德源府谷能源有限公司三道沟煤矿建设工程85201顺槽带式输送机简图,以此输送机为例进行计算。

图2 85201顺槽带式输送机简图Fig.2 Belt conveyor diagram of 85201 gateway

带式输送机基本参数如下:运量Q=4 000 t/h;带宽B=1 600 mm;运行速度v=4.5 m/s;机长L=4 600 m;中部驱动位置Ln=2 300 m;倾角α=0.3°;净高差ΔH=25 m;初选输送带强度PVG 2 500 N/mm;托辊运行阻力系数f=0.03;传动滚筒摩擦系数μ=0.3;上托辊间距ao=1.2 m;下托辊间距au=3 m;每米承载托辊转动质量qRO=31.98 kg/m;每米回程托辊转动重量qRU=11.17 kg/m;每米物料质量qG=246.91 kg/m;每米输送带质量qB=23.2 kg/m;附加阻力系数C=1.02;重力加速度g=10 m/s2。

1)圆周驱动力计算:

本带式输送机最危险工况为:全程有煤工况。

此时主要阻力FH=473 kN;特种主要阻力FS1=25 kN;特种附加阻力FS2=1.5 kN;倾斜阻力Fst=60 kN;圆周驱动力Fu=C·FH+FS1+FS2+Fst=569 kN。

2)电动机功率:

带式输送机正常运行时滚筒总的轴功率:

PA=Fuv=2 561 W.

驱动装置为5驱(2∶1+1∶1),驱动电机所需驱动功率:

PM=PA/η/5=618 kW.

式中:η为总传动效率,取0.83。实际选择电机功率N=710 kW,满足要求。

3)输送带张力计算:

该输送机按照头部三传动滚筒三电机+中部二传动滚筒二电机驱动(功率配比2∶1+1∶1)计算。令第I传动滚筒的围包角:α1=170°,eμα1=2.44(μ=0.3);第II传动滚筒的围包角:α2=170°,eμα2=2.44(μ=0.3);第III传动滚筒的围包角:α3=170°,eμα3=2.44(μ=0.3);假设第Ⅳ传动滚筒的围包角用足,即α4=200°,eμα4=2.85,FU4=FU/5=114 kN。

假设输送带不打滑,则最小张力为:

S5≥KA·FU4/(eμα4-1),启动系数KA=1.05(CST 软起动);

S5=65 kN;

S4-5=KA·FU/5+S5=185 kN;

S4=KA·FU/5+S4-5=305 kN;

尾部张力S3=S4-(FH-G1X+FH-B1x+FH-Rox+Fst-G1x+Fst-B1X+Fε-B1x+Fε-G1x)=18 kN;

S2=S3-(FH-B2+FH-RU+Fst-B2+Fε-B2)=

-29 kN;

S1-2=KA·FU/5+S2=91 kN;

S1=KA·2FU/5+S1-2=331 kN。

按输送带允许最大下垂度计算最小张力:

承载分支:Smin≥ao(qB+qG)g/8(h/a)max=41 kN;回程分支:Smin≥auqBg/8(h/a)max=8.7 kN;取(h/a)max=0.01,ao=1.2 m,au=3 m.

可见,输送带张力不满足下垂度要求,返算结果得:

S1=435 kN,S1-2=200 kN,S2=84 kN,S3=130 kN;S4=410 kN;S4-5=293 kN,S5=175 kN。

验算不打滑条件:

S1/S1-2=435/200=2.18

S1-2/S2=200/84=2.38

S4/S4-5=410/293=1.40

S4-5/S5=293/175=1.68

可得,各点张力均满足下垂度、不打滑验算要求。

4)输送带安全系数计算:

安全系数n=BSt/S1=1 600×2 500/435 000=9.2.

可见,安全系数在许用值范围内,输送带强度选用PVG 2500S满足要求。

5)其他有关计算从略。

6)选型结果:

带式输送机技术参数为:

Q=4 000 t/h,B=1 600 mm,v=4.5 m/s,α≈0.3°,L≈4 600 m,带强为PVG 2 500 N/mm整体带芯阻燃输送带。传动滚筒直径为1 250 mm,驱动型式为头部二传动滚筒三电机+中部二传动滚筒二电机驱动(配比2∶1+1∶1),采用CST可控软启动驱动装置(CST750KS-22.12,5台),电动机型号为YB25003-4型(防爆型)(710 kW,10 kV),5台。采用头部液压自动拉紧方式,拉紧装置型号ZYL500J(05-600)SH,N=30 kW,660/1 140 V(防爆)。

4 结束语

中间驱动技术是大型可伸缩带式输送机最有效的驱动技术。它主要是把输送机的一部分功率分散到带式输送机的各个驱动点,从而降低输送带运行的最大张力,降低输送带强度,减少元部件的单机驱动功率,节省成本,提高输送机的输送能力。

长距离、大运量可伸缩带式输送机最佳中部驱动方式是滚筒卸载式。中部驱动技术可大幅降低输送带张力,尤其对近水平或微倾角带式输送机效果更加明显。该驱动方式的成功应用,取得了一定经验,值得在煤矿井下大型可伸缩带式输送机上推广使用。

[1] 北京起重运输机械研究所．DTⅡ(A)型带式输送机设计手册[M]．北京:冶金工业出版社，2003．

[2] GB 50431-2008,带式输送机工程设计规范[S].中国计划出版社，2013.

[3] 马兰，鹿志坚，王永谊.转载式多点驱动带式输送机设计计算[J].起输运输机械，2000(9):4-8.

[4] 刘兵.长距离带式输送机中部多点驱动技术[J].露天采矿技术,2016(5):48-51.

LIU Bing.Central Multi-point Driving Technology and Application Example of Long Distance Belt Conveyor[J].Opencast Mining Technology,2016(5):48-51.

[5] 李世忠.长距离大运量可伸缩带式输送机的设计[J].煤矿机械,2005(11):34-36.

LI Shizhong.Design and Selection of the Long Distance and Large Capacity Telescopic Belt Conveyor[J].Coal Machinery,2005(11):34-36.

DesignandApplicationonCentralDriveinLargeRetractableBeltConveyor

GUOXiaogang

(BeijingHuayuEngineeringCo.Ltd.,ChinaCoalTechnologyandEngineeringGroup,Beijing100120,China)

The design of long-distance retractable belt conveyor is subject to many factors,including natural conditions of working face,roadway length,and the traffic volume.The reasonable selection of the length of the gateway retractable belt conveyor is critical for the division of mining areas.The paper introduces some typical applications of the large retractable belt conveyor,which could be useful for the similar design.

central drive; long-distance; retractable belt conveyor

1672-5050(2017)04-0037-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.08.011

2017-06-08

郭晓刚(1985-),男,黑龙江哈尔滨人,大学本科,工程师,从事矿井机制工作。

TP3

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(编辑:薄小玲)