煤矿综采工作面带式输送机的选型设计
2018-08-02李永辉
李永辉
(汾西矿业两渡煤业, 山西 灵石 031302)
1 设计依据
煤矿井生产能力为0.76 Mt/年;年工作日为276天;日运行为18 h。
带式输送机运输能力:
式中:Q为带式输送机运输能力,t/h;A为采区平均年产量,取0.76 Mt/年;K1为采区运输不均衡系数,取1.2;K2为采区运输富余系数,取1;M为年工作日数,276天;N为日运行小时数,取18 h/天。
将数据代入公式(1)得:Q≥238.6 t/h。
考虑井下运输的不平衡性,以及掘进面出煤量,确定带式输送机运输能力为250 t/h。
2 选型计算
2.1 圆周驱动力的计算
1)物料提升阻力:
式中:qG为每米输送物料质量,取27.78 kg/m;H为提升高度,取19 m;g为重力加速度,取10 m/s2。
将数据代入公式(2)得:Fst=5 182.62 N。
2)主要阻力:
式中:qB每米输送带质量,取13.300 kg/m;β为巷道倾角,取0°~11°;qRO为每米承载托辊转动质量,取10.475 kg/m;qRU为每米回程托辊转动质量,取4.007 kg/m;f为摩擦系数,取0.012;L为带式输送机机长,取205 m;g为重力加速度,取10 m/s2。
将数据代入公式(3)得:FH=4 140.70 N。
3)圆周驱动力(总阻力):
式中:FH为主要阻力,取4 140.70 N;Fst为输送机提升阻力,取5 182.62 N;FS为附加阻力(由于皮带清扫器等辅助部件造成的附加阻力取5 000~10 000 N,此处取6000N)。将数据代入公式(4)得Fu=15323.32 N。
2.2 功率计算
1)带式输送机工作状态下的总轴功率:
式中:V为带式输送机运行速度,取2.5 m/s。
将数据代入公式(5)得:PA=38.96 kW。
2)带式输送机所需电机功率:
式中:η为总传动效率,取0.86。
将数据代入公式(6)得:PM=45.30 kW。
选用功率为75 kW的电机一台,满足设计要求。
2.3 输送带张力计算
本带式输送机的传动方式为单滚筒单电机,功率配比确定为1∶1并且确定传动滚筒围包角α=200°。
第一传动滚筒绕出点胶带张力:
式中:q为每米运料重量,取27.78 kg/m;qd为胶带每米重量,取10.8 kg/m;lg为皮带长度,取205 m;β为运输倾斜角,取0~11°;g为重力加速度,取10 m/s2。将数据代入公式(7)得:Tta=11 373 N。
尾部滚筒绕入点胶带张力Twa=1.04Tta=11 828 N。
尾部滚筒绕出点胶带张力Twb=1.04Twa=12301N。
第一传动滚筒绕入点胶带张力Tt=Tta+Twb=23674N。
不打滑条件验算:
式中:e为自然对数的底,取2.72;μ传动滚筒摩擦系数,取0.30;α为传动滚筒围包角,取200°。
垂度条件验算:
上分支允许最小张力Tmins=6 044.92 N≤Twb;
下分支允许最小张力Tminx=4 892.74 N≤Tta。
可见张力满足要求。
输送带安全系数验算:
式中:B为带式输送机带宽,取1 000 mm;ST皮带所受拉力为,取6 800 N;Tt为第一传动滚筒绕入点胶带张力,2 3674 N。
将数据代入公式(9)得:n=25.22。
安全系数n=25.22满足《带式输送机工程设计规范》GB50431—2008中的规定。
2.4 驱动装置的选择
目前,在井下带式输送机上具有可控起动/制动功能的传动装置主要有CST可控起动/制动驱动系统、调速型液力偶合器、高速防爆变频驱动、软启动装置等。由于目前国产矿用隔爆型变频器在功率等级大于400 kW后,受功率器件规格以及散热条件的限制,其性能尚不稳定,难以满足大型带式输送机的使用要求,而国外的大功率矿用隔爆型变频器价格又太高,备品备件的供应渠道环节多,周期长,最大功率只到500 kW。软启动装置的优点在于其能够很好的保护电机,使得受到的初始电流、初始电压的冲击大大减小;它能够缩短电机启动的时间,降低对其他设备、供电电网的影响。故本次设计选用软启动装置。
2.5 拉紧力的计算
式中:Tta为第一传动滚筒绕出点胶带张力,取11373N。
将数据代入公式(10)得:TL=22.7 kN。
选择自动液压拉紧装置一套JZB-0.3,最大拉力60 kN,7.5 kW,660 V,防爆符合要求。
2.6 逆止器参数的计算
1)需要的逆止力矩:
式中:D为传动滚筒直径,取800 mm。
将数据代入公式(11)得:ML=1 198.94 N·m。
传动滚筒轴上逆止装置的额定逆止力矩:
式中:k2为逆止装置工况系数,取2。
将数据代入公式(12)得:M=2397.88 N·m。
选择的减速器里带有逆止器,逆止器的额定逆止力矩为3 500 N·m。满足在逆止器装置之间不能均衡受力的情况下,逆止装置的逆止力矩大于整机所需逆止力矩的要求。
2.7 制动器选择计算
1)安全制动时所需的制动力矩:
式中:FL皮带张力,取3 855 N。
将数据代入公式(13)得:MZ=3 083.48 N·m。
选用YWZ5250型电力液压制动器,作用在高速联轴器上,一台制动器产生的制动力矩:140~315N·m。
2)单台制动器低速轴产生制动力矩:
式中:i为减速机齿轮传动比,取25;MB为制动力矩,取140。
将数据代入公式(14)得:3500N·m>3083.48N·m。
单台制动器能满足制动要求。
2.8 装料断面输送能力校核
式中:S为胶带上物料横截面积,取0.122 7 m2(运行堆积角α=25°);V为带式输送机运行速度,取2.5 m/s;K为输送机倾角系数,取 0.93(最大倾角α=11°);ρ为物料松散密度,取 900 kg/m3。
将数据代入公式(15)得:QO=924 t/h>Q,所选输送机带宽、带速满足设计要求。
3 结语
带式输送机是矿井主要运输中最重要的环节,带式输送机具有输送能力强、输送距离远、结构简单、易于维护、能方便地实现程序化控制和自动化操作等优点。该运输方式适应井下巷道能力强、设备操作简单、投资合适,是近年来井下运输系统的主要选择。