張建榮

（晉能控股煤業(yè)集團機電管理分公司，山西 大同 037003）

1 工程概況

晉能控股煤業(yè)集團劉家梁礦核定生產(chǎn)能力為240 萬t/a。劉家梁礦下運帶式輸送機常發(fā)生飛車事故，飛車事故是制約其安全運行的關(guān)鍵，在超載情況下，電機制動力不足引起飛車，會造成財產(chǎn)損失甚至人員傷亡，防飛車治理是劉家梁礦下運帶式輸送機設(shè)計的技術(shù)難點。著重從設(shè)計入手，系統(tǒng)地對下運帶式輸送機防飛車治理策略進行了分析探討[1-5]，實現(xiàn)下運帶式輸送機的安全運行。

2 飛車狀態(tài)機理分析

大傾角下運帶式輸送機布置示意圖如圖1 所示，其運行工況分為四種狀態(tài)。

圖1 大傾角下運帶式輸送機布置示意圖

（1）空載/輕載運行時，電機處于電動狀態(tài)，電機驅(qū)動膠帶運轉(zhuǎn)，依靠電機驅(qū)動滾筒產(chǎn)生圓周力F克服系統(tǒng)運行阻力。

式中：F為滾筒的圓周力，正值為驅(qū)動力，負值為制動力，N；f為模擬摩擦系數(shù)，f=0.012；g為重力加速度，g=9.81 m/s2；L為膠帶機長度，m；q'為每米承載托輥旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量，kg/m；q"為每米回程托輥旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量，kg/m；q0為每米膠帶質(zhì)量，kg/m；q為每米長膠帶上煤料的質(zhì)量，kg/m；H為膠帶的垂高，下運時H為負值，m；Fs1為托輥前傾摩擦力，N；Fs2為清掃器和導(dǎo)料槽阻力，N。

（2）當煤料產(chǎn)生的下滑力與帶式輸送機輸送帶摩擦力相等時，電機處于電動和發(fā)電的臨界狀態(tài)下。

（3）隨著不斷增加煤料，輸送帶上煤料產(chǎn)生下滑力大于摩擦力，電機由臨界狀態(tài)轉(zhuǎn)入發(fā)電狀態(tài)，這時電機工作于第二象限，電機轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速，電機處于發(fā)電制動狀態(tài)。

當電機處于發(fā)電制動狀態(tài)運行時，煤料下滑力為動力，電機功率產(chǎn)生制動力與運行阻力之和構(gòu)成總阻力。

式中：F為負值。

（4）隨著煤料進一步增加，即q增大，電機已達到最大制動狀態(tài)時，等式右邊仍小于qHG，此時，即為飛車臨界狀態(tài)。

3 下運帶式輸送機防飛車治理的實踐應(yīng)用

3.1 防飛車治理策略分析

基于下運帶式輸送機飛車狀態(tài)機理分析，運用摩擦學(xué)理論和電氣控制技術(shù)提出防飛車綜合治理策略，主要有：

（1）將驅(qū)動裝置布置于上口（機尾處），這樣驅(qū)動滾筒2 趨入點S2的值增大，上下膠帶都會拉緊，有利于驅(qū)動滾筒防滑，可以充分發(fā)揮驅(qū)動滾筒的摩擦力。

式中：F1為上分支運行阻力；F2為下分支運行阻力（對滾筒1：S1/S1-2≤e1μɑ；對滾筒2：S1-2/S2≤e2μɑ）。

（2）下運膠帶機啟動方式設(shè)計。帶式輸送機可設(shè)計采用變頻軟啟動模式，具有傳遞效率高、調(diào)速范圍大、易實現(xiàn)多驅(qū)動的功率平衡、反饋電能質(zhì)量高的優(yōu)點。同時，可采用四象限變頻器進行控制，內(nèi)部設(shè)有電能回饋單元和低諧波線路濾波器，電機處于制動運行狀態(tài)產(chǎn)生的電能經(jīng)濾波器濾波后，通過變頻器電能回饋單元回饋到電網(wǎng)，獲得再生能源。

（3）上膠帶布置阻尼板，通過上膠帶和阻尼板之間的正壓力產(chǎn)生阻止飛車的摩擦力，且煤料運量越大，摩擦阻力越大，阻尼板應(yīng)采用防靜電、摩擦系數(shù)高的材質(zhì)。

（4）適當加大電機功率，由公式（2）知電機功率越大，處于發(fā)電運行狀態(tài)時，所產(chǎn)生的制動力矩越大，有利于阻止系統(tǒng)飛車。

（5）增大下口卸載滾筒處膠帶張力，提高驅(qū)動滾筒防滑性能。

（6）增大驅(qū)動滾筒的圍包角，將摩擦力用足可有效防止膠帶和滾筒之間相對滑動。

（7）為防止大塊煤料在膠帶上打滑，可適當增加上膠帶槽形角。

3.2 案例應(yīng)用分析研究

以晉能控股煤業(yè)集團劉家梁礦下運帶式輸送機為案例，對帶式輸送機防飛車問題進行綜合治理實踐。

3.2.1 基本參數(shù)

晉能控股煤業(yè)集團劉家梁礦下運帶式輸送機基本參數(shù)如下。

（1）輸送煤料：原煤；（2）輸送機小時運輸能力：Q=600 t/h；（3）膠帶寬度：B=1000 mm；（4）運輸速度：v=2.5 m/s；（5）輸送機長度：L=L1+L2==590 m，其中L1=40 m，傾角βl=0°，L2=550 m，傾角β2=-22°；（6）煤料提升高度：H=-203 m；（7）每米機長煤料重量：q=66.7 kg/m；（8）每米長膠帶質(zhì)量：q0=34 kg/m；（9）每米機長上托輥旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量：q'=17.46 kg/m；（10）每米機長下托輥旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量：q"=4 kg/m；（11）輸送帶：ST2000 鋼絲繩芯阻燃輸送帶；（12）運行阻力系數(shù)：f=0.012；（13）膠帶與傳動滾筒之間的摩擦系數(shù)：μ=0.25。

3.2.2 運行阻力計算

（1）上分支運行阻力

（2）下分支運行阻力

（3）附加阻力

（4）總運行阻力

3.2.3 傳動功率計算

（1）傳動滾筒軸功率

（2）所需電動機功率

（3）驅(qū)動裝置選擇。采用雙電動機雙驅(qū)動滾筒驅(qū)動方式，四象限變頻器控制，電動機型號：YB2-315 L2-4，200 kW，1485 r/min，660/1140 V；減速器：M3PSF70+2FAN，i= 31.5。

（4）制動裝置選擇。滿載時最大靜力矩

Mj=gqH×0.5D=9.81×66.7×203×0.5×1 ≈66 414（N·m）=66.41（kN·m）（傳動滾筒直徑D=1 m）；安全制動時最大靜力矩：M'z=1.2×1.5Mj=1.2×1.5×66.41 ≈119.5（kN·m）（ 式 中1.2 為輸送量超載系數(shù)）；每個制動裝置所需最大靜力矩：Mz=M'z=119.5 kN·m。

制動裝置：KZP-φ1400 自冷盤式可控制動裝置，制動盤直徑1.4 m（與滾筒軸連接）；制動器：YZ100，最大制動力矩152 kN·m。另外，增設(shè)4 處阻尼板。

3.2.4 輸送帶張力計算

（1）輸送帶最小張力

取輸送帶最小張力S3=S4=20 kN。

（2）第一傳動滾筒奔離點處膠帶張力

（3）第二傳動滾筒趨入點處膠帶張力

（4）膠帶安全系數(shù)

3.2.5 傳動打滑校核

設(shè)第二傳動滾筒傳動功率用足，則第一與第二傳動滾筒之間的膠帶張力：

3.2.6 膠帶拉緊裝置選擇

選用自控液壓拉緊裝置，拉緊裝置位于膠帶機尾部，拉緊裝置對張緊小車的張緊力在正常工況為：T=2S4=2×20=40 kN；啟動時Tmax=1.5T=60 kN。

選用自控液壓拉緊裝置型號為DYL-02，最大拉緊力為100 kN，拉緊行程為8 m。

4 應(yīng)用效果分析

大傾角下運帶式輸送機運行較為復(fù)雜，飛車治理問題至關(guān)重要。晉能控股煤業(yè)集團劉家梁礦下運帶式輸送機于2021 年5 月按以上方案完成防飛車治理改造并投入到實踐應(yīng)用當中，當前該下運帶式輸送機已運行有1 年之久，設(shè)備整體運行穩(wěn)定，無一起飛車現(xiàn)象發(fā)生，防飛車綜合治理效果理想，有效地保障了下運帶式運輸機的安全運行，為企業(yè)創(chuàng)造了較好的安全經(jīng)濟效益。