大功率大運(yùn)量可伸縮帶式輸送機(jī)的研制

武永剛

(西山煤電(集團(tuán))有限責(zé)任公司 機(jī)電廠，山西 太原 030053)

伸縮帶式輸送機(jī)是煤礦井下順槽運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備，DSJ160/350/G3X500+3×500可伸縮帶式輸送機(jī)是以千萬(wàn)噸級(jí)礦井綜采順槽運(yùn)輸為基礎(chǔ)條件設(shè)計(jì)制造的。

在研究目前國(guó)內(nèi)先進(jìn)帶式輸送機(jī)的基礎(chǔ)上，對(duì)帶寬1 600 mm，長(zhǎng)度為3 200 m的帶式輸送機(jī)從安裝、調(diào)試、試運(yùn)轉(zhuǎn)、正常運(yùn)行進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間跟蹤，并向用戶征求使用過(guò)程中存在不合理之處，結(jié)合長(zhǎng)期制造帶式輸送機(jī)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，DSJ160/350/G3X500+3×500可伸縮帶式輸送機(jī)進(jìn)行了理論研究和實(shí)體設(shè)計(jì)。

1 理論研究

1)主要技術(shù)指標(biāo)。

帶寬:1 600 mm

運(yùn)輸能力:3 500 t/h

帶速:4 m/s

托輥直徑:d159 mm

總驅(qū)動(dòng)功率:6×500 kW

機(jī)頭驅(qū)動(dòng)功率:3×500 kW

中間驅(qū)動(dòng)功率:3×500 kW

電源電壓:1 140/666 V

輸送機(jī)鋪設(shè)長(zhǎng)度:4 200 m

儲(chǔ)帶形式:6層儲(chǔ)帶

儲(chǔ)帶長(zhǎng)度:200 m

膠帶:PVG2000S

2)動(dòng)態(tài)分析。

動(dòng)態(tài)分析是目前國(guó)際上長(zhǎng)距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)研究和發(fā)展的方向，它是以膠帶的黏彈性理論為基礎(chǔ)，對(duì)膠帶機(jī)啟動(dòng)、正常運(yùn)行、正常停機(jī)及緊急制動(dòng)等條件工況下膠帶動(dòng)態(tài)受力進(jìn)行分析，找到膠帶機(jī)的最佳設(shè)計(jì)方案。

輸送機(jī)采用頭部和中部各三驅(qū)動(dòng)(3×500+3×500 kW);采取兩級(jí)制動(dòng):正常制動(dòng)時(shí)停車無(wú)需使用剎車，通過(guò)調(diào)節(jié)變頻驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)停車。在失電和其它緊急情況下，使用電液塊式制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)緊急停車。正常和緊急制動(dòng)時(shí)膠帶在頭部和尾部滾筒上的張力比符合要求，不會(huì)打滑。

滿載正常制動(dòng)時(shí)間55 s，緊急制動(dòng)時(shí)間16 s。空載正常制動(dòng)時(shí)間55 s，緊急制動(dòng)時(shí)間20 s。其它工況下正常制動(dòng)時(shí)間在55 s左右，但是緊急制動(dòng)時(shí)間有差別。

控制啟動(dòng)和停機(jī)過(guò)程能夠滿足使用要求，在正常工作條件下可采用這種工作方式;驅(qū)動(dòng)滾筒的啟動(dòng)順序?yàn)?頭部雙驅(qū)動(dòng)滾筒、頭部單驅(qū)動(dòng)滾筒、中間驅(qū)動(dòng)滾筒。

輸送帶最大張力出現(xiàn)在滿載啟動(dòng)工況，最大張力點(diǎn)在輸送機(jī)頭部。

一般自由停機(jī)工況出現(xiàn)在斷電狀態(tài)，在設(shè)計(jì)中需要考慮這一工況。計(jì)算表明，在滿載情況下，自由停機(jī)時(shí)，輸送帶張力分布不會(huì)出現(xiàn)低張力問(wèn)題。

3)共振分析。

高帶速除了給托輥、啟動(dòng)/制動(dòng)帶來(lái)更高的要求之外，在設(shè)計(jì)時(shí)還需要考慮輸送帶和支架/托輥之間的共振問(wèn)題。共振產(chǎn)生的原因是輸送帶的自然頻率和支架/托輥的自然頻率之比為整數(shù)值。這種共振在零點(diǎn)幾個(gè)赫茲或幾個(gè)赫茲的低頻段，對(duì)輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)疲勞性能和物料在輸送帶上的分布，都有不良的影響。高帶速、托輥支架低剛度下產(chǎn)生的共振，使得物料偏聚成一個(gè)個(gè)小丘。

經(jīng)計(jì)算分析:采用提高托輥架剛度防止在高帶速情況下共振的發(fā)生。

4)有限元分析。

有限元分析是重型滾筒及承載機(jī)架設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，西山機(jī)電廠與太原科技大學(xué)合作，對(duì)滾筒及機(jī)架進(jìn)行有限元分析。

5)自動(dòng)漲緊裝置。

該自動(dòng)張緊裝置采用變頻絞車，是一個(gè)集機(jī)電液于一體的自動(dòng)張緊裝置，即采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)、機(jī)械減速、變頻調(diào)速、電液控制。

該自動(dòng)張緊裝置以PLC為控制器，該控制器綜合了實(shí)現(xiàn)絞車所需功能的所有邏輯。PLC控制器根據(jù)檢測(cè)拉力傳感器的信號(hào)來(lái)檢測(cè)絞車鋼絲繩張力，通過(guò)邏輯判斷控制離合器或制動(dòng)器閉合或分開(kāi)，實(shí)現(xiàn)張緊絞車在保持、張緊或放松3種狀態(tài)之間動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)膠帶張力的自動(dòng)調(diào)節(jié)。本機(jī)的最大特點(diǎn)是響應(yīng)速度快，能夠適應(yīng)長(zhǎng)距離膠帶張力變化的快速響應(yīng)。

6)液壓卷帶裝置。

液壓卷帶裝置用于工作面順槽帶式輸送機(jī)。置于貯帶倉(cāng)架后方，縱向長(zhǎng)度為9 200 mm，可極大地提高工作效率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高帶式輸送機(jī)可靠性，保證安全生產(chǎn)。

a)可靈活動(dòng)作的卷帶裝置。

卷帶裝置可以實(shí)現(xiàn)芯軸轉(zhuǎn)動(dòng)，搖臂上下擺動(dòng)及搖臂水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。芯軸的轉(zhuǎn)動(dòng)由低速大扭矩馬達(dá)帶動(dòng)，可正反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，將貯帶倉(cāng)中的膠帶順利卷出。搖臂的上下擺動(dòng)、水平轉(zhuǎn)動(dòng)可保證膠帶卷的整齊。搖臂在水平面內(nèi)還可使卷好的膠帶轉(zhuǎn)動(dòng)90°、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)架可在安裝時(shí)調(diào)整左轉(zhuǎn)，還是右轉(zhuǎn)。

b)拆裝方便的卷帶機(jī)架。

卷帶機(jī)架分兩段，共9.25 m，機(jī)架兩端安裝有固定夾帶機(jī)構(gòu)，通過(guò)油缸實(shí)現(xiàn)夾放膠帶。每件油缸都裝有液控單向閥，保證油缸在不供液時(shí)壓力恒定。卷帶機(jī)架中間有一組可前后移動(dòng)的活動(dòng)夾帶機(jī)構(gòu)，由推拉油缸推動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)膠帶推拉。活動(dòng)夾帶及固定夾帶互相配合可將皮帶拉松，便于收卷膠帶。該機(jī)尾全部為可拆裝機(jī)構(gòu)，螺栓連接，拆裝運(yùn)輸方便。

c)恒功率液壓系統(tǒng)。

液壓系統(tǒng)為液壓卷帶裝置的控制中心及動(dòng)力來(lái)源，所有動(dòng)作實(shí)現(xiàn)都是通過(guò)液壓泵站來(lái)完成。為實(shí)現(xiàn)恒功率、恒線速度卷帶，該廠采用斜盤(pán)式柱塞變量泵，隨著卷軸扭矩的增大油壓上升，其排量的功率變小，總輸出功率不變。

2 實(shí)體設(shè)計(jì)

1)滾筒。

主傳動(dòng)滾筒、改向滾筒的受力經(jīng)過(guò)嚴(yán)格地計(jì)算并進(jìn)行有限元分析，根據(jù)有限元分析結(jié)果對(duì)滾筒進(jìn)行設(shè)計(jì)。

滾筒示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 滾筒示意圖

由圖1可見(jiàn)，滾筒的主要特點(diǎn)如下:

a)滾筒采用迷宮密封，旋轉(zhuǎn)時(shí)迷宮內(nèi)外環(huán)為非接觸狀態(tài)，無(wú)須更換。

b)儲(chǔ)油管設(shè)計(jì)合理，注油時(shí)，儲(chǔ)油管形成高壓，隨時(shí)向軸承供油，保證軸承潤(rùn)滑。

c)根據(jù)有限元受力分析結(jié)果，增加了中間支撐環(huán)及加長(zhǎng)輪轂設(shè)計(jì)。

2)托輥。

托輥結(jié)構(gòu)先進(jìn)，性能可靠。輥皮材料選用徐州光環(huán)生產(chǎn)的托輥專用焊管，直徑為d159 mm，托輥軸選用d42熱軋圓鋼，并經(jīng)過(guò)磨削加工，軸承座采用優(yōu)質(zhì)冷軋鋼板(δ4)沖壓而成，軸承采用國(guó)際國(guó)內(nèi)知名廠家生產(chǎn)的托輥專用大游隙軸承，密封裝置采用TKⅡ型三道密封，防水防塵性能均優(yōu)于國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，裝配后強(qiáng)度好，徑向跳動(dòng)量小，旋轉(zhuǎn)阻力小，能耗低，使用壽命長(zhǎng)，超過(guò)30 000 h。

3)高效儲(chǔ)帶裝置。

包括貯帶轉(zhuǎn)向裝置、貯帶倉(cāng)架、分層小車、張緊小車，在貯帶轉(zhuǎn)向裝置和張緊小車上分別安裝了4個(gè)改向滾筒，通過(guò)膠帶在8個(gè)滾筒間的合理水平纏繞，實(shí)現(xiàn)了高效6層貯帶。膠帶纏繞示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 膠帶纏繞示意圖

a)貯帶倉(cāng)剛性結(jié)構(gòu)及防止游動(dòng)小車跑偏機(jī)制。

儲(chǔ)帶倉(cāng)底座采用前后貫通的2根40槽鋼作為主架及游動(dòng)小車軌道，強(qiáng)度和剛度完全滿足要求。游動(dòng)小車及托輥小車車輪同一側(cè)采用帶“V”形槽車輪，同時(shí)軌道面一側(cè)焊1根角鋼作為定位軌道，且車輪上下設(shè)有止爬輪、左右設(shè)有導(dǎo)輪，保證游動(dòng)小車不掉軌。

b)巷道起伏不平的可調(diào)裝置。

儲(chǔ)帶倉(cāng)的支腳設(shè)有多孔，通過(guò)螺栓調(diào)節(jié)螺孔位置，可適應(yīng)局部起伏不平的巷道地形，使游動(dòng)小車軌道保持在同一水平上。

c)托輥小車移動(dòng)自動(dòng)化。游動(dòng)小車與轉(zhuǎn)向裝置之間的膠帶靠托輥小車支撐，隨著游動(dòng)小車移動(dòng)，托輥小車的位置不斷改變。傳統(tǒng)托輥小車的移動(dòng)靠人工，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。本機(jī)的托輥小車與游動(dòng)小車可實(shí)現(xiàn)同步移動(dòng)，不需人工。

d)為增加傳動(dòng)裝置與驅(qū)動(dòng)裝置的穩(wěn)定性，特在機(jī)頭、中部傳動(dòng)裝置與卸載裝置部增加大底座，使機(jī)架與驅(qū)動(dòng)部分聯(lián)為一體，既便于拆裝運(yùn)輸和安裝找正，又增加了皮帶機(jī)各受力處的安全性。

e)快速拆裝的E型銷結(jié)構(gòu)。

為滿足高產(chǎn)高效綜采設(shè)備快速推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)井下運(yùn)輸、裝拆方便，減少維護(hù)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。本機(jī)的設(shè)計(jì)采用快裝結(jié)構(gòu)，縱梁與支腿、縱梁和H架的連接采用“E”型銷，托輥架為“品”字形結(jié)構(gòu)，3節(jié)托輥呈“品”字形錯(cuò)開(kāi)，相鄰?fù)休伓嗣婵梢灾睾?，減輕托輥端面對(duì)膠面的磨損，提高膠帶的使用壽命。

f)采用獨(dú)立的卸載三角架結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)機(jī)架采用倒T型整體框架結(jié)構(gòu)，受力合理，強(qiáng)度高。整機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、方便搬運(yùn)、安裝和拆卸，卸載部、驅(qū)動(dòng)部、儲(chǔ)帶倉(cāng)、卷帶等部件能滿足快速搬運(yùn)的要求，各支點(diǎn)部位有足夠的強(qiáng)度，保證了各大部件的井下運(yùn)輸條件。

g)皮帶沿線每隔50 m加裝上、下防跑偏立輥;為防止儲(chǔ)帶倉(cāng)內(nèi)膠帶跑偏，在儲(chǔ)帶轉(zhuǎn)向架和張緊小車上各加裝了2組防跑偏擋輥，解決了膠帶跑偏帶來(lái)的機(jī)架對(duì)膠帶的損害。

h)為用戶著想，所有在同一位置的滾筒、車輪、滑輪均采用集中潤(rùn)滑。

3 結(jié)束語(yǔ)

該機(jī)的成功設(shè)計(jì)制造，提高了掘進(jìn)工作面運(yùn)輸效率，提升了礦井綜合經(jīng)濟(jì)效益，為該廠自主設(shè)計(jì)制造掘進(jìn)配套大功率、大運(yùn)量、長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)開(kāi)創(chuàng)了思路。

［1］宋偉剛.通用帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006:265－335.