皮带输送机驱动装置的布置与选型分析

李润平

（华阳新材料科技集团五人小组管理部， 山西 阳泉 045000）

引言

皮带输送机为综采工作面和地面煤炭运输的关键设备，其运输效率、稳定性和成本将直接关系工作面甚至整个煤矿的生产能力。简单地说，皮带输送机由驱动装置、皮带、张紧装置以及滚筒等组成。驱动装置作为皮带输送机的动力源，其安装位置的不同和所选型部件、零件的不同将直接决定设备的驱动能力和制动性能[1]。本文将着重对皮带输送机驱动装置的布置和关键部件及零件的选型进行研究分析。

1 驱动装置概述

驱动装置主要是由驱动电机、制动器等部件组成的，其具体分析如下：

1.1 驱动电机

根据驱动方式的不同可将驱动电机分为直流驱动电机和交流驱动电机。直流驱动电机能够实现无级调速且启动和运行过程相对平稳。但是，直流驱动电机的造价成本较高，仅适用于功率较低的设备，并且后期维护相对复杂，故障率高[2]。因此，目前应用于煤矿运输任务中的驱动电机以交流驱动单机为主。

对于交流驱动电机而言，其与直流驱动电机本质的区别在于调速功能和启动性能较差，容易在启动阶段对系统造成较大的冲击力。因此，在实际应用中为解决交流驱动电机调速和启动性能较差的问题，一般采用CST 系统实现皮带输送机的软启动，采用变频器实现对皮带输送机的变频调速。

1.2 制动器

制动器为保障皮带输送机安全、可靠运行的关键部件。在实际应用中遇到紧急情况或者设备故障时需要将设备紧急停机，对应制动器的性能是保障设备平稳、安全停机的基础。目前，皮带输送机以盘式制动器为主，其主要由制动盘、制动闸以及对应的液压控制系统等组成[3]。制动原理为：通过液压控制系统控制乳化液的压力，从而控制制动盘与制动闸之间的压力，进而实现设备的停机或减速动作。

2 皮带输送机驱动装置的设计与布置

2.1 皮带输送机驱动装置的设计

鉴于皮带输送机在实际运输任务中的需求，要求其驱动装置满足如下功能要求：

1）要求皮带输送机在启动阶段尽可能降低对系统的冲击；

2）尽可能保证驱动装置能够为系统整体提供足够的驱动力，保证滚筒与输送带在启动和制动阶段不会出现打滑现象；

3）对于输送距离较长的设备，应考虑设备的多点驱动，并解决多点驱动带来的功率不平衡问题；

4）要求皮带输送机的驱动装置能够根据运输任务实时对运速进行控制，从而达到节能的效果。

结合上述所提出皮带输送机驱动装置的功能要求，并对不同驱动方式（机械驱动、电力驱动以及液压驱动）进行比对综合分析后，最终确定所选择液压驱动方式实现对皮带输送机的驱动、制动任务，其对应的核心结构如图1 所示。

图1 液压驱动装置结构简图

2.2 皮带输送机驱动装置的布置

目前，皮带输送机驱动装置根据其安装位置的不同可分为头部集中布置、中间布置和头尾分散布置三个方式。其中，头部集中布置的功率不平衡现象严重；中间布置可有效降低系统驱动力过于集中的问题；头尾分散布置适用于长距离、大运量的设备，且其对应电机所需的安装空间较小[4]。

根据上述三种驱动装置布置位置的不同，驱动力过于集中往往会导致输送带撕裂、运输不平稳等现象。因此，以驱动装置为设备提供驱动力的性能为主要考核指标，最终确定选用中间布置的方式，具体如图2 所示。

图2 皮带输送机驱动装置中间布置结构示意图

3 皮带输送机驱动装置的选型

本文将根据如表1 所示皮带输送机的相关参数完成对驱动装置关键部件的选型设计。

表1 皮带输送机相关参数

3.1 电机的选型

电机为皮带输送机的核心部件，是整个设备的动力源。因此，必须根据皮带输送机的实际运输情况（输送带承载、运速等）完成电机的选型。电机选型的主要依据为功率值，其对应的功率P 计算公式如式（1）所示：

式中：k 为皮带输送机的动力系数，该参数仅与设备本身相关，k=1.2；v为输送带的运输速度，v=2 000 mm/s；η 为与电机相配套减速器的效率，一般η=0.85；W0为输送机所需总的牵引力，根据该设备的运量、运速以及煤料的相关参数，得出W0=260 N。

经计算可得，要求电机的功率值不能小于732 kW。结合当前市面交流电机的产品参数及成本，最终选择两台功率分别为400 kW 的电机作为皮带输送机的驱动电机[5]。所选型驱动电机的型号为YPKK500-8G，该电机为三相异步电机，具备变频调速功能，采用冷却控制对设备进行冷却，对应电机轴的中心高度为500 mm。

3.2 关键液压元器件选型

液压马达和液压泵为皮带输送机驱动装置的关键液压元器件，其选型设计如下：

3.2.1 液压马达的选型

排量为液压马达的核心参数，也是其主要选型依据。液压马达最大排量Vm的计算公式如式（2）所示：

式中：T 为皮带输送机对应驱动滚筒所需的最大扭矩值，经牵引力换算得出 T=8.2 kN·m；p1、p2分别为皮带输送机实际工作中对应液压马达的工作压力和回路压力，p1=25 MPa，p2=1 MPa；ηm为整个液压回路中对应液压马达的机械效率，ηm=0.9

基于式（2）得出，该皮带输送机正常运行所需液压马达提供的最大排量为2.4 L/r。结合当前市面的液压马达的产品参数及成本，最终确定液压马达的型号为1QJM-53-3.2。

3.2.2 液压泵的选型

根据液压马达的工作压力和回路压力，要求液压泵所提供的最小压力不得小于p1+p2，即26 MPa。

由于所选型液压马达对应的最大流量为161 L/min，考虑在实际工作中存在泄露的问题，取泄露系数为1.1，则液压泵所提供的最大流量不得小于1.1×161 L/min=177.1 L/min。

结合液压泵设计的最小压力和最小流量，最终确定液压泵的型号为160CY14-1B。

4 结论

皮带输送机为煤矿工作面和地面的关键运输设备，其运输效率和稳定性直接决定工作面及地面生产能力。驱动装置作为皮带输送机的核心部件，其布置方式和关键零部件的选型对保证整机设备的性能尤为重要。针对某矿长距离、大运量的运输要求，选择中间布置方式的驱动装置，并完成电机和液压元器件的选型。其中，电机型号为YPKK500-8G，液压马达型号为 1QJM-53-3.2， 液压泵型号为160CY14-1B。