大運(yùn)量長(zhǎng)距離運(yùn)輸皮帶機(jī)整體及主要部件的設(shè)計(jì)

吳旭琦

（晉煤集團(tuán)金鼎煤機(jī)礦業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 晉城 048006）

引言

現(xiàn)階段，煤炭運(yùn)輸通常是利用長(zhǎng)距離皮帶機(jī)來實(shí)現(xiàn)[1-2]。隨著國內(nèi)外學(xué)者對(duì)皮帶機(jī)技術(shù)的不斷研究，使其獲得了快速發(fā)展，并表現(xiàn)為如下兩個(gè)特征：第一，皮帶機(jī)具備多種功能[3-4]，應(yīng)用范圍非常廣，可充分滿足多方面應(yīng)用需求；第二，皮帶機(jī)的運(yùn)行設(shè)備技術(shù)獲得了明顯進(jìn)步。皮帶機(jī)的運(yùn)行需要很大的啟動(dòng)與運(yùn)行功率，控制難度較大，特別是遇到高載荷條件時(shí)更加難以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確控制；由于會(huì)造成功率的大量消耗，無法實(shí)現(xiàn)良好節(jié)能效果；同時(shí)，該設(shè)備在運(yùn)行階段會(huì)在托輥上發(fā)生振動(dòng)，造成物料灑落浪費(fèi)，提高了清理難度，需要投入較大的人工成本進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)[5-6]。

這類皮帶機(jī)通常被應(yīng)用在煤礦井中，需注意以下幾個(gè)特點(diǎn)[7-8]：第一，煤礦井下部作業(yè)空間較小，巷道結(jié)構(gòu)變化較明顯；第二，運(yùn)輸物料具有較大外形尺寸，每次的運(yùn)輸量也很大，通常需達(dá)到近5 000 t/h，形成不均勻的載荷分布狀態(tài)；第三，需做好煤礦井的防爆措施，采用合適的起動(dòng)方式；第四，安裝條件難以實(shí)現(xiàn)。根據(jù)上述分析可知，當(dāng)在煤礦井使用這種皮帶時(shí)，還應(yīng)設(shè)置更多的針對(duì)性改進(jìn)措施。

1 大運(yùn)量、長(zhǎng)距離皮帶機(jī)整體的設(shè)計(jì)

本皮帶機(jī)需滿足長(zhǎng)距離與大運(yùn)量的要求，總運(yùn)輸長(zhǎng)度為6.36 km，至少要達(dá)到5 000 t/h的運(yùn)輸能力，表1給出了皮帶機(jī)配置表。

應(yīng)選擇最優(yōu)方案來實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)的理想運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)于皮帶機(jī)具有關(guān)鍵影響的因素是要有效控制輸送帶的張力，以此保證皮帶機(jī)的穩(wěn)定安全運(yùn)行。為盡量減小膠帶的張力，本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用頭尾多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的模式，確保皮帶機(jī)可以在所有工況下實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)停車的控制過程。

本機(jī)選擇液壓自動(dòng)拉緊裝置來實(shí)現(xiàn)張緊的功能，形成穩(wěn)定的張緊拉力作用，從而對(duì)膠帶的彈性變化起到補(bǔ)償效果，采用這種方式進(jìn)行控制的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，便于維護(hù)，可以獲得良好的效果。

表1 皮帶機(jī)配置表

綜合分析上述各個(gè)方案可知，選擇輪式皮帶機(jī)時(shí)能夠使運(yùn)行功率減小近50%。

該設(shè)備的結(jié)構(gòu)是通過螺栓將輪軸固定于具有波浪形的輸送基帶上。以工程塑料作為制作輪子的材質(zhì)，通過鋼絲繩與軌道來控制其運(yùn)行過程，由此實(shí)現(xiàn)波狀擋邊輸送帶和物料共同運(yùn)動(dòng)，從而完成物料輸送。該皮帶機(jī)是利用摩擦力作用來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的功能，沒有設(shè)置托輥結(jié)構(gòu)，可以有效降低運(yùn)行阻力，使輪子和軌道以及鋼絲繩只形成滾動(dòng)接觸。隨著功率的降低，輸送帶的張力也會(huì)變小，實(shí)現(xiàn)良好的節(jié)能效果。

輪式皮帶機(jī)具備以下技術(shù)特征：首先，因?yàn)檩喪狡C(jī)可以在較低的運(yùn)輸阻力下運(yùn)行，因此更加適合將其應(yīng)用于長(zhǎng)距離皮帶機(jī)，確保整機(jī)裝機(jī)功率相對(duì)常規(guī)皮帶機(jī)低30%以上，顯著減小后續(xù)運(yùn)行成本；其次，運(yùn)用大跨度的支撐結(jié)構(gòu)，通?？梢赃_(dá)到500 m左右，能夠在具有復(fù)雜地形的條件下完成物料運(yùn)輸，同時(shí)顯著降低支柱的數(shù)量并大幅壓縮工期，使土建成本得到有效控制；最后，滾輪材質(zhì)為高分子，可降低運(yùn)行噪聲并減少設(shè)備維護(hù)量，實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的作用，符合當(dāng)前的國家發(fā)展政策。

采用該方案設(shè)置的皮帶機(jī)面臨的最大問題是遇到冬天較冷的天氣時(shí)，非常容易在膠帶波紋擋邊部位發(fā)生結(jié)冰，從而影響運(yùn)行過程。

利用巡檢小車對(duì)輪式皮帶機(jī)進(jìn)行日常狀態(tài)檢查與維護(hù)，小車的行走通過頂端鋼絲繩軌道完成，對(duì)小車結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，在中部未設(shè)置托輥中間架，巡檢時(shí)只對(duì)鋼絲繩與吊架實(shí)施維護(hù)，考慮到滾輪跟膠帶共同前進(jìn)，因此可以在機(jī)頭尾區(qū)域進(jìn)行更換，操作過程非常容易完成，從而極大降低了系統(tǒng)維護(hù)工作量，使維護(hù)成本得到有效控制。

2 主要部件的設(shè)計(jì)

2.1 驅(qū)動(dòng)部件的設(shè)計(jì)

本皮帶機(jī)的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)包含了電動(dòng)機(jī)、減速器、液黏軟啟動(dòng)等多個(gè)部分。其中，驅(qū)動(dòng)底座安裝了電動(dòng)機(jī)、減速器、軟啟動(dòng)，利用聯(lián)軸器來實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)與其他結(jié)構(gòu)的連接。

本皮帶機(jī)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)為軟啟動(dòng)，同時(shí)應(yīng)符合兩項(xiàng)條件：

1）確保皮帶機(jī)在所有工況下都能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)啟動(dòng)，使膠帶動(dòng)態(tài)張力明顯減??；

2）當(dāng)皮帶機(jī)處于正常運(yùn)行狀態(tài)下時(shí)，能夠精確控制電機(jī)功率。

本機(jī)通過YNRQD液黏軟起動(dòng)的方式來實(shí)現(xiàn)上述兩項(xiàng)要求，具體結(jié)構(gòu)見圖1，YNRQD液體黏性軟起動(dòng)設(shè)備是通過液體黏性作用力來完成扭矩傳輸?shù)倪^程，能夠滿足多電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下的電機(jī)功率精確控制目標(biāo)，方便設(shè)備維護(hù)，使電機(jī)在空載狀態(tài)下依然運(yùn)轉(zhuǎn)，不需要頻繁啟動(dòng)電機(jī)。

圖1 液黏軟起動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 制動(dòng)部件的設(shè)計(jì)

當(dāng)本機(jī)達(dá)到滿載狀態(tài)時(shí)，總質(zhì)量接近2 000 t，經(jīng)過180 s完成自由停車過程，可以通過制動(dòng)器來縮小停車時(shí)間與特定情況的緊急制動(dòng)。

本機(jī)以KZP自冷盤式制動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶機(jī)的制動(dòng)過程。

分別將其設(shè)置在KZP制動(dòng)設(shè)施的機(jī)頭與機(jī)尾。

本機(jī)使用KZP1400/4×100制動(dòng)器，可以形成156 kN·m的制動(dòng)力矩，具備下述制動(dòng)功能：

1）必須以0.05～0.16 m/s2減速度才可以完成正常停機(jī)；

2）當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生斷電的問題時(shí)，能夠完成減速停車控制。

KZP自冷盤式制動(dòng)器包含了制動(dòng)機(jī)構(gòu)與液壓站兩個(gè)部分，如圖2所示。

圖2 盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 拉緊部件的設(shè)計(jì)

從圖3中可以看到對(duì)皮帶機(jī)進(jìn)行拉緊控制的電液壓拉緊結(jié)構(gòu)，具備自動(dòng)控制的功能。在啟動(dòng)階段拉緊力會(huì)逐漸增大，對(duì)輸送帶變形進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，由此確保皮帶安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖3 拉緊裝置示意圖

3 結(jié)語

針對(duì)大運(yùn)量長(zhǎng)距離運(yùn)輸皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)部件、制動(dòng)部件以及拉緊部件的設(shè)計(jì)研究，對(duì)增強(qiáng)大運(yùn)量長(zhǎng)距離運(yùn)輸皮帶機(jī)的設(shè)計(jì)能力起到一定的理論支撐，對(duì)膠帶的彈性變化起到補(bǔ)償效果。采用這種方式進(jìn)行控制的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，便于維護(hù)，可以獲得良好的效果。