汪進雅

(天地科技股份有限公司開采設計事業(yè)部,北京100013)

深槽大傾角帶式輸送機應用條件淺析

汪進雅

(天地科技股份有限公司開采設計事業(yè)部,北京100013)

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

詳細分析了深槽大傾角帶式輸送機的工作原理及優(yōu)缺點,通過對普通帶式輸送機與大傾角帶式輸送機的性能參數(shù)比較,指出深槽大傾角帶式輸送機雖然在老礦井的改造中發(fā)揮了重要作用,但在新建礦井的應用中要綜合考慮開拓方式及經(jīng)濟效益。

大傾角;帶式輸送機;深槽;應用

通常情況下,將上運傾角大于 18°的帶式輸送機稱為大傾角帶式輸送機。能實現(xiàn)大傾角運輸?shù)膸捷斔蜋C主要有 5種:波狀擋邊帶式輸送機、壓帶式帶式輸送機、管狀帶式輸送機、花紋帶式輸送機及深槽帶式輸送機。

波狀擋邊帶式輸送機在國內(nèi)尚未定型,各廠所生產(chǎn)的產(chǎn)品部件相似但不盡相同,且波狀擋邊帶結構復雜,價格昂貴,提升能力和提升高度有限;壓帶式帶式輸送機及管狀帶式輸送機雖然提升高度和提升能力能滿足要求,但前者結構復雜,而后者需要較大的帶寬和特殊的托輥,兩者造價均較高。上述 3種大傾角帶式輸送機均很難滿足多點裝載的要求?；y帶式輸送機清掃困難,而且傳動功率受花紋與改向滾筒之間的比壓許用值限制。相比之下,深槽大傾角帶式輸送機將兩側托輥槽角增至 60°,從而使帶式輸送機的上運傾角達到 23～28°,且能滿足中間多點裝載的要求,傳動功率與普通帶式輸送機相差不多,不受特殊條件的限制,清掃、制造均較方便,造價相對于其他 4種也較低。

1 大傾角帶式輸送機工作原理

由于物料的輸送傾角取決于物料的塊度、硬度、含水量以及輸送機的帶速、輸送帶對物料的側壓力。輸送機傾角越大,物料的穩(wěn)定性越差,越容易引起滑料及滾料,要增大帶式輸送機的傾角,首先要增大物料與輸送帶之間的摩擦力,只有摩擦力大于下滑力時,物料才能在輸送帶的帶動下穩(wěn)定地運行。

如圖 1所示,物體在傾斜平面上不產(chǎn)生滑動的最大傾角應滿足以下方程:

式中,F為斜面作用在物體上的摩擦力;N為斜面作用在物體上的正壓力;f為物體與斜面間的摩擦系數(shù);α為斜面傾角;G為物體重量。

解方程式 (1)得:

圖1 上運物體受力分析

由 (2)式可知:物體在傾斜平面上的摩擦系數(shù)與最大傾角有關。同理,帶式輸送機上的物料最大輸送傾角決定于物料與輸送帶間的摩擦力,而摩擦力的大小又與輸送帶的形狀、物料的性質(zhì)等有關。因此,為了增加物料在輸送帶上的摩擦力,從而增加其摩擦系數(shù),將帶式輸送機上的輸送帶彎曲成如圖 2所示的深槽型,將托輥槽角提高到 60°,不僅增加了膠帶對物料的側壓力,而且在裝載量較少時摩擦系數(shù)仍然較大,繼而大大提高了帶式輸送機上的物料最大輸送傾角α。新型深槽托輥裝置的研制成功,為大傾角帶式輸送機的發(fā)展帶來了質(zhì)的飛躍。

2 大傾角帶式輸送機性能與使用條件分析

圖2 輸送帶斷面

近年來,隨著對礦井高產(chǎn)高效要求的不斷提高,很多斜井箕斗提升的老礦井都要改造成帶式輸送機提升,以提高運輸能力和自動化水平,深槽大傾角帶式輸送機在這種條件下發(fā)揮了重大作用,帶來了巨大的經(jīng)濟效益。

但是,深槽大傾角帶式輸送機存在的問題也是明顯的,例如運輸物料中大塊物料滾落,嚴重影響了帶式輸送機運行過程中的安全性,甚至對井筒中檢修工人的生命安全構成了危險。雖然有些廠家采取了設置擋煤裝置等措施,但效果不很明顯。

另外深槽帶式輸送機啟動圓周驅(qū)動力大,即啟動加速度大,可能帶來的故障有:引起輸送機喘振,設備運轉不穩(wěn)定,局部堆料、撒料;傳動滾筒處膠帶打滑;電動機過載太大,引起零件的破壞。通常情況下,大傾角、大運量的帶式輸送機啟動系數(shù)宜控制在 1.05～1.1,啟動加速度宜控制在 0～0.05m/s2。故深槽帶式輸送機對軟啟動性能要求也較高。為方便說明,現(xiàn)將普通帶式輸送機和深槽大傾角帶式輸送機進行對比計算。

設帶寬B=1200mm,帶速 v=3.15m/s,運量Q=1000t/h,提升高度 H=260m。普通帶式輸送機傾角取δ=16°;深槽大傾角帶式輸送機傾角δ= 23°,采用雙排交錯 V型深槽托輥組。則需要鋪設帶式輸送機長度如圖 3所示。

圖 3 兩種傾角帶式輸送機計算對比

圖 3中Ⅰ為普通帶式輸送機,斜長 L=943m,Ⅱ為深槽大傾角帶式輸送機,斜長L=665m。采用《DTⅡ (A)型帶式輸送機設計手冊》中的計算方法進行計算。

圓周驅(qū)動力計算公式為:

式中,C為附加阻力系數(shù);f為模擬摩擦系數(shù);L為輸送機機長;g為重力加速度,g=9.81m/s2; qRO為承載分支托輥組每米長度旋轉部分質(zhì)量;qRU為回程分支托輥組每米長度旋轉部分質(zhì)量;qB為每米長度輸送帶質(zhì)量;qG為每米長度輸送物料質(zhì)量; δ為輸送機傾角;FS1為導料槽特種阻力;FS2為清掃器等特種阻力。

啟動圓周驅(qū)動力計算公式為:

其中,慣性力 Fa為:

式中,m1為直線移動部分質(zhì)量:

m2為旋轉部分質(zhì)量:

式中,aA為啟動加速度,m/s2;n為驅(qū)動單元個數(shù);JiD為第 i個旋轉部件的轉動慣量,kg·m2;ii為驅(qū)動單元第 i個旋轉部件至傳動滾筒的傳動比; r為傳動滾筒半徑,m;Ji為第 i個滾筒的轉動慣量,kg·m2;ri為第 i個滾筒的滾筒半徑,m。

式 (7)為各個旋轉部件的轉動慣量轉換為傳動滾筒上直線移動的質(zhì)量,其中包括電動機、高速軸連軸器 (或液力耦合器)、制動輪、減速器、低速軸連軸器、逆止器和所有滾筒的轉動慣量等。

啟動系數(shù)計算公式為:

假設驅(qū)動單元選用鼠籠電動機 +YOXF型液力耦合器 +減速器 +連軸器 +傳動滾筒的組合方式,計算結果如表1。

表 1 兩種傾角帶式輸送機計算結果

從表 1中可以看出,在不采用特殊軟啟動措施的情況下,傾角越大,啟動加速度越大,也就是說深槽大傾角帶式輸送機要保證平穩(wěn)啟動,需要性能更好的軟啟動裝置。

此外,是否采用深槽大傾角帶式輸送機還要考慮實際情況和經(jīng)濟效益。假設圖 3中Ⅰ為普通帶式輸送機,Ⅱ為深槽大傾角帶式輸送機,Ⅲ為井下大巷帶式輸送機。如果開拓方式及井口位置已定,采用深槽大傾角帶式輸送機看似比采用普通帶式輸送機節(jié)省了 278m主井井筒工程量,但是多增加了294m大巷工程量。再考慮大傾角帶式輸送機上托輥數(shù)量多 (一般為 4輥雙排交錯 V型深槽托輥組),而且還要增加能單方向通過的擋料裝置以防止塊狀物料向下滾動造成傷人事故,故設備總投資并不一定減少,甚至還有可能增加。另外,有試驗數(shù)據(jù)表明:深槽大傾角帶式輸送機要求運輸煤炭的外水要控制在 5%～9%以內(nèi),而且物料要均勻,粒度不易過大,如清水營煤礦主斜井深槽大傾角帶式輸送機運輸物料的粒度控制在 0～200mm,這對產(chǎn)品塊率要求比較高的場合顯然是不合適的。

3 結束語

深槽大傾角帶式輸送機在為斜井箕斗提升的老礦井高產(chǎn)高效及自動化改造過程中發(fā)揮的經(jīng)濟效益是非常明顯的,但在新建礦井的應用中要綜合考慮開拓方式及產(chǎn)品的粒度要求,以及煤炭的外水是否滿足要求,以免造成不必要的浪費甚至難以挽回的經(jīng)濟損失。

[1]北京起重運輸機械研究所,武漢豐凡科技開發(fā)有限責任公司 . DTⅡ (A)型帶式輸送機設計手冊 [M].北京:冶金工業(yè)出版社,2003.

[2]黃健章 .SQD型大傾角上運帶式輸送機 [J].煤炭科學技術,1991(8):42-46.

[3]白 霄 .清水營煤礦主提升大傾角帶式輸送機設計 [J].煤礦機械,2009,10(10):6-8.

[責任編輯:王興庫]

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1006-6225(2010)06-0071-02

2010-04-16

汪進雅 (1981-),男,河北唐山人,工程師,主要從事礦井機械設計工作。