大型帶式輸送機(jī)應(yīng)用技術(shù)及其研究

高振國(guó)

摘要：隨著帶式輸送機(jī)的大型化發(fā)展，其設(shè)計(jì)難度不斷增加，本文分析探討了現(xiàn)有的解決方案，為大型帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)提供了參考。

關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī)；關(guān)鍵技術(shù)；動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)；軟啟動(dòng)

一、國(guó)內(nèi)外應(yīng)用情況

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，礦山、糧食、煤炭等部門對(duì)散裝物料的輸送提出了新的要求，要求帶式輸送機(jī)以長(zhǎng)距離、大運(yùn)量和大傾角輸送物料。目前，國(guó)外最大帶速已達(dá)到12m/s，國(guó)內(nèi)的最大帶速達(dá)5.8m/s，最大輸送量8400t/h，最大帶寬為2200-2400mm，增加帶寬雖然可以提高輸送量，但設(shè)備的總投資也相應(yīng)的增大。因此，今后的發(fā)展趨勢(shì)是通過(guò)提高帶速來(lái)提高輸送量，國(guó)外生產(chǎn)的軸承轉(zhuǎn)速可達(dá)1000 r/min。而國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定不大于600 r/min。如何生產(chǎn)出與托輥配套的高質(zhì)量軸承也是軸承行業(yè)需要深入探討的課題。

二、關(guān)鍵技術(shù)及其研究

（一）動(dòng)態(tài)分析研究

大型帶式輸送機(jī)啟、制動(dòng)過(guò)程的計(jì)算不能采用常規(guī)的剛體動(dòng)力學(xué)計(jì)算方法，而必須考慮到輸送帶的特性參數(shù)（質(zhì)量、彈性、阻尼等）是長(zhǎng)度的函數(shù)，在空間離散化的條件下，可以使用有限元的方法進(jìn)行處理。帶式輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)加速度引起電機(jī)功率增加，輸送帶強(qiáng)度增加28.4%，結(jié)構(gòu)件載荷增加。突然停車時(shí)加速度過(guò)大，張力波的振蕩帶來(lái)了動(dòng)態(tài)振動(dòng)，對(duì)水平帶式輸送機(jī)引起局部應(yīng)力過(guò)低，輸送帶下垂，造成輸送帶撕裂、托輥破壞及物料外泄；對(duì)傾斜帶式輸送機(jī)則引起制動(dòng)滾筒兩側(cè)高、低應(yīng)力比過(guò)大，而造成輸送帶打滑，導(dǎo)致輸送帶逆轉(zhuǎn)并沿斜面下滑。上述問題需要采用動(dòng)力分析的方法加以解決。

（二）軟啟動(dòng)裝置的研究及現(xiàn)狀

十幾年來(lái)，煤礦井下帶式輸送機(jī)一直采用調(diào)速型液力偶合器及其它電氣方式進(jìn)行軟起動(dòng).由于其起動(dòng)時(shí)間短，動(dòng)張力大，加速度不可控，起動(dòng)曲線不理想，不能滿足驗(yàn)帶要求。為了適應(yīng)長(zhǎng)距離、大運(yùn)量帶式輸送機(jī)的特殊要求，近年來(lái)國(guó)內(nèi)研發(fā)了多種形式的軟啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，具有良好的啟動(dòng)特性，并在不同工況條件下得到應(yīng)用。

1.調(diào)速液力耦合器。調(diào)速液力耦合器是安裝在電機(jī)和減速器之間的一種裝置，用來(lái)延長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間、改善輸送機(jī)性能。存在以下問題：（1）傳動(dòng)功率有較大損失，耦合器發(fā)熱量大，能量浪費(fèi)嚴(yán)重；（2）無(wú)法實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比為1的直接傳動(dòng)運(yùn)行工況；（3）由于在啟動(dòng)時(shí)存在一個(gè)不穩(wěn)定的過(guò)渡區(qū)，啟動(dòng)性能不理想。

2.變頻調(diào)速。變頻調(diào)速通過(guò)改變定子的供電頻率以改變電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，變頻調(diào)速功率較大、調(diào)速范圍寬、精度高， 有較好的軟啟動(dòng)性能， 能實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)的啟動(dòng)要求。當(dāng)交流電源的頻率由小到大變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也隨之由小到大變化。只要控制頻率變化范圍以及頻率變化的時(shí)間，就可使輸送機(jī)按照設(shè)定的速度曲線平穩(wěn)地啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)的軟啟動(dòng)，是交流電機(jī)較理想的調(diào)速方法。這種技術(shù)近幾十年來(lái)隨著電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和可控硅生產(chǎn)技術(shù)的逐步成熟而開始應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)外正在加緊研制高性能、高壓、大容量、可滿足防爆要求的變頻器。由于帶式輸送機(jī)使用的特殊性，大多采用高壓、大容量鼠籠電機(jī)，同時(shí)要解決電氣的一系列相關(guān)問題，從而使其線路復(fù)雜，在這種情況下，采用高壓變頻器投資大，價(jià)格高，可靠性差，而且需要采用特殊電機(jī)；同時(shí)變頻調(diào)速會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的信號(hào)干擾，影響其他電氣控制設(shè)備的正常工作。這些都限制了變頻調(diào)速在某些場(chǎng)合中的應(yīng)用。

3. CST系統(tǒng)。CST 是美國(guó)Rockwell Automation/Dodge公司研究和開發(fā)的一種采用液體粘性傳動(dòng)技術(shù)的機(jī)械可控啟動(dòng)系統(tǒng)，能較好地實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)要求，使輸送帶、滾筒、托輥等的可靠性及壽命大大提高。該裝置的優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)時(shí)調(diào)速精度高，可以變速運(yùn)行。其缺點(diǎn)是：（1）行星減速器與液粘傳動(dòng)裝置結(jié)合，相互影響；（2）制造難度大，安裝調(diào)試復(fù)雜；（3）對(duì)油的粘度與清潔度要求特別高，否則影響齒輪壽命；（4）維護(hù)復(fù)雜，費(fèi)用高；（5）摩擦片直徑大，必須依賴進(jìn)口。

三、其他問題

（一）帶式輸送機(jī)的平面轉(zhuǎn)彎

帶式輸送機(jī)可通過(guò)兩種方法實(shí)現(xiàn)平面變向：（1）采用特殊結(jié)構(gòu)的輸送帶；（2）讓普通帶式輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)自然變向運(yùn)行。由于我國(guó)對(duì)變向運(yùn)行的理論研究不足，如支撐角、槽角、內(nèi)曲線抬高角、轉(zhuǎn)彎曲線半徑及其阻力等之間的相互關(guān)系沒有合理的理論依據(jù)，因此，對(duì)此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)研究環(huán)節(jié)，推廣該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，同時(shí)擴(kuò)大帶式輸送機(jī)的使用范圍。

（二）輸送帶

對(duì)于大型帶式輸送機(jī)長(zhǎng)度在1km以內(nèi)的，長(zhǎng)距離、大運(yùn)量帶式輸送機(jī)長(zhǎng)度在1km以內(nèi)的，一般可選織物芯帶；1～2km以內(nèi)的可選用織物芯帶或者鋼繩芯帶；大于2km應(yīng)選用鋼繩芯帶。目前，國(guó)內(nèi)已可以生產(chǎn)st5400和st6300的輸送帶。各國(guó)對(duì)輸送帶安全系數(shù)的取值各不相同，一般認(rèn)為其安全系數(shù)目前仍不宜小于7。輸送帶的接頭是強(qiáng)度一般為本體的80%-90%，應(yīng)采取新材料、新工藝，增大接頭的強(qiáng)度。同時(shí)，為了防止輸送帶發(fā)生縱向撕裂，應(yīng)采取一定的措施，如在輸送帶的一面或兩面均勻鋪設(shè)鋼絲繩、纖維織物等增強(qiáng)輸送帶的抗沖擊性能。

（三）存?zhèn)}、料斗

大型帶式輸送機(jī)輔助裝置的研究應(yīng)該引起重視， 應(yīng)減少由于存?zhèn)}、料斗的形狀尺寸等設(shè)計(jì)不盡合理，材質(zhì)的選用不當(dāng) （ 特別是襯板）， 而產(chǎn)生的堵塞、起拱、加料不均和偏載等現(xiàn)象， 不但影響了整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而且造成人員、財(cái)力的消耗增大。我國(guó)應(yīng)借鑒法國(guó)、英國(guó)和澳大利亞等國(guó)家的理論研究和實(shí)驗(yàn)研究成果及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提升我國(guó)的大型輸送帶的性能。

四、結(jié)語(yǔ)

大型輸送帶相對(duì)于其他的物料運(yùn)輸方式，能連續(xù)運(yùn)輸，且生產(chǎn)效率高，但由于諸多因素的制約，大型輸送帶的設(shè)計(jì)和使用還受到很大程度的限制。文章通過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)大型帶式輸送機(jī)的研究和使用現(xiàn)狀，探討分析了所述關(guān)鍵技術(shù)問題的現(xiàn)有解決方案，為大型帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)提供了參考。