矿用带式输送机及其应用和设计

摘要:带式运输机作为水平运输或倾斜运输工具目前已广泛应用于煤炭行业中。文章从带式输送机的特点出发,介绍了矿用带式输送机及其类别,并对煤矿主斜井带式运输机的设计进行论述。

关键词:煤矿带式输送机;带速选择和计算;驱动装置

中图分类号:TD528文献标识码:A

文章编号:1009-2374 (2010)21-0065-02

带式输送机是一种由驱动滚筒带动输送带,由挠性输送带作为物料承载件和牵引件,靠摩擦驱动连续输送散碎物料或成品件的连续输送机械。带式输送机具有输送能力大、功耗小、构造简单、对物料适应性强,应用范围较为广泛的特点。应用它可以将物料在一定的输送线上,从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的输送流程。它既可以进行碎散物料的输送,又可以进行成件物品的输送。除进行纯粹的物料输送外,还可以与各工业企业生产流程中的工艺过程的要求相配合,形成有节奏的流水作业运输线。目前,带式输送机广泛应用于现代化的各种工业企业中。在矿山的井下巷道、矿井地面运输系统、露天采矿场及选矿厂中,广泛应用带式输送机作为水平运输或倾斜运输工具。

1带式输送机的特点

带式输送机在煤矿的应用非常广泛,据调查,我国现有带式输送机约200万台,在煤矿使用的就已超过100万台。带式输送机结构简单,由传动滚筒、改向滚筒、托辊或无辊式部件、驱动装置、输送带等几大件组成,结构十分简单,部件较少,可进行标准化生产,并可按需要进行组合装配。其输送带具有抗磨、耐酸碱、耐油、阻燃等多种性能,可耐高低温,可按需要进行制造,能输送各种散料、块料、化学品、生熟料和混凝土。运量可从每小时几公斤到几千吨,而且是连续不间断运送,这是火车、汽车运输望尘莫及的。单机运送长度可达十几公里一条,中间无需任何转载点。 现代的带式输送机在越野敷设时,已从槽形发展到圆管形,它可在水平及垂直面上转弯,打破了槽形带式输送机不能转弯的限制,因而能依山靠山,沿地形而走,节省了大量修隧道、桥梁的基建投资。带式输送机可根据工艺流程需要,在任何点上进行装、卸料。圆管式带式输送机也是如此,还可以在回程段上装、卸料,进行反向运输。由于其结构简单,运动部件自重轻,只要输送带不被撕破,寿命可长达十年之久。带式输送机的运动部件和磨损件仅为托辊和滚筒,输送带十分耐磨,寿命很长,自动化程度高,人力需求少,平均每公里不到1人,机油和电力也较少。带式输送机输送坡度一般可在20°以上,如用圆管式可达90°,可实现水平转弯,大大节省了基建投资。另外,通过合理设计也可大量节约基建投资。由于运动部件自重轻,无效运量少,在所有连续式和非连续式运输中,带式输送机耗能最低、效率最高。

2矿用带式运输机及其分类

大运量、长距离以及连续输送、运行可靠、集中控制等是带式输送机的显著优点,带式输送机是目前高产高效矿井的关键设备。传统煤矿带式输送机从SDJ、SSJ、STJ、DT等系列发展到大倾角带式输送机成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机,大倾角、长运距带式输送机等多功能新型产品,并应用了动态分析、智能化控制技术等前沿理论,研制成功了多种软起动和制动装置以及可编程电控装置。目前,国内带式输送机机型仍较小,带速多在4 m/s以内,静态设计法运用多,运行可靠性不足,成本偏高,有待进一步优化。

目前,煤矿使用量最多的一种机型是固定带式输送机,主要用于水平或倾角小于18°的场合。运量1000～4500t/h,运距1000～8000m,带速2.5至5.6m/s,带宽2200mm,驱动总功率750～5550kW。为了降低胶带强度要求和减小驱动装置尺寸,通常采用中间直线摩擦驱动或中间卸载式驱动,并采用软启动技术;可伸缩带式输送机主要用于采煤工作面运输巷道运输,机尾可随采煤工作面的推进收缩,利用储带仓收容多余的输送带,结构紧凑,机架轻巧,拆装方便,一般采用整芯带,用机械接头联结,可配中间驱动装置满足较大运能和较大运距要求;水平拐弯带式输送机可以绕开建筑物或不利地形,减少甚至不设中间转载站,集中系统供电和控制,减少物料溢出或堵塞的危险,减少粉尘飞扬和噪声,减少了不必要的能耗;此外还有下运带式输送机。长运距、大运量、大倾角下运带式输送机的使用,可较大幅度地减少采区运输巷道工程量,降低基建费用和缩短施工周期,电动机发电运行时还可向电网输电,具有较大的节能效益,是一种具有较好发展前景的带式输送机;另外,大倾角上下运带式输送机、垂直提升带式输送机、管状式带式输送机以及压带式输送机等类型也有较多应用。

3主斜井带式输送机设计

主斜井提升是煤矿煤炭运输的关键,是煤矿生产的重要一环。斜井箕斗提升、串车提升和带式输送机提升是主斜井提升的三种主要形式。斜井箕斗提升的井筒倾角为20°～35°,串车提升的井筒倾角一般小于25°,箕斗提升和串车提升不连续、运能小效率差,已被带式输送机逐步取代,并极大提升了效率。

上世纪60年代国内煤矿主斜井提升开始使用带式输送机,井筒倾角一般小于18°,运输距离和运输能力均比较差,随着相关技术的突破和发展,带式输送机逐渐发展成熟并在斜井提升得到了良好的应用。目前,我国煤矿将近九成的主斜井提升应用带式输送机,输送机方案确定的合理性直接关系到煤矿投资和运营状况,设计人员要科学计算、合理优化。

3.1输送带选型

合理选择输送带对于减少设备和井巷投资,提高安全性以及缩短工期具有重要作用。输送带带宽选取涉及到物料块度与运量两个参数。带宽首先要满足块度要求,即2X+0.2m≤B,(B为带宽,X为煤的最大块度),其次要满足运能的要求。在满足运能的情况下,选择较小带宽,同时在满足带强安全系数的前提下,尽可能提高带速。

3.2带速选择和计算

提高带速是提高带式输送机的运输能力同时减小带宽及带强,节省投资的有效方法。存在的问题是,提高带速会降低托辊的寿命,增加托辊的成本。目前国内生产的阻燃钢丝绳芯胶带的现状说明,提高带速以降低对带强的要求具有重大现实意义。统计资料表明,大运量、长运距带式输送机带速保持在5～9m/s时综合运行技术指标最优。托辊等高质量、高可靠性的部件是保证高带速输送机稳定可靠运行的前提,我国煤矿主提升带式输送机主要受托辊寿命的限制运行速度一般在2～5m/s之间,此外,选择带速还要考虑运行的稳定性,避免物料滚落现象。

3.3布置形式

主斜井提升带式输送机,大多为机头集中驱动。单滚筒驱动和双滚筒驱动是两种常见驱动形式。水平或倾角较小的上运输送机,机头集中驱动装机功率采用P∶P=2∶1的配比为最佳。某些情况可采用多点驱动,驱动点布置在机头、中间和机尾,可降低胶带的张力和带强,减小部件的尺寸和缩减成本。较大倾角带式输送机的机头胶带张力已足够为启制动及运行提供必要的张力,功率配比根据工艺布置要求、经济性要求、备品备件等情况恰当地划分驱动单元即可。有中间驱动的输送机,可采用滚筒卸载式驱动或中间摩擦式驱动。滚筒卸载式驱动同步性好,布置简单,采用较多,但控制要求高,而中间摩擦式驱动控制较简单,但其体积较大。

3.4驱动装置

长运距以及大功率和运量的带式输送机应当采用软启动和制动技术,以减弱重载启动、停车和瞬时冲击等因素的影响。对于大倾角输送机还要考虑启动和制动时物料的稳定问题。采用软启动技术,可避免输送机在启动过程加速度过大,变速过快,降低了胶带的张力和各承载部件的动载荷,启动加速度应该控制在0.1～0.3m/s2为佳。

本处2009年忽沙图某煤矿的设计中,井下主运输采用带式输送机运输,大巷设带式输送机一条。大巷带式输送机把原煤转载至主斜井带式输送机上,将原煤提升至地面。

该矿主斜井倾角α=17°,斜长129.8m。装设一台DTⅡ型带式输送机,担负矿井的原煤提升任务。本矿井年生产能力为0.6Mt/a,年工作日330d,每天16h,小时运输能力为,因为本矿井下没有井底缓冲,故主斜井的带式运输机的小时运输能力与井下大巷的一致,均为Q=207t/h。

本矿井选用的主斜井带式输送机简要的选型计算过程如下:

(1)基本参数:带宽:B=1000mm,带速:v=2.0m/s,运量:Q=207t/h, 设计机长:L=126.263m, 倾角:α=17°

(2)圆周力计算:

根据公式:Fu=cflg(qRO+qRU+2qB+qG)+qGHg+FS1+FS2,计算出圆周驱动力为16264N。

(3)输送带张力计算:通过计算限制输送带下垂度的最小张力以及输送带工作时不打滑保持的最小张力,计算得出稳定运行工况下:

F1max=F2+FU=13187+16264=29451(N)

验算得,满足不打滑条件,比较许用张力和最大张力可知安全系数也满足要求。

(4)功率计算,得出P0的值为32.6kW, 根据 η=0.85,选取电机功率55kW。

矿方已订货的DTL100/80/2×160型主斜井带式输送机的主要技术参数为:带宽:B=1000mm,带速:v=2.5m/s,运量:Q=800t/h,设计机长:L=250.896m,倾角:α=17°,电动机:YB315L1-4,N=160kW,二台,减速器:NSH110F-25C,二台,制动器:BYWZ5-400/121,N=0.33kW,二台,偶合器:YOXSJ560,二台,逆止器:NJ220,一台,胶带:钢丝绳芯胶带,St=1000N/mm,阻燃抗静电,拉紧装置:重锤小车拉紧。根据以上计算,矿方已订货的主斜井带式输送机是满足要求的。

参考文献

[1] 彭利刚.带式输送机设计中托辊的计算和选择[J].煤矿开采,2008,(1).

[2] 胡勇.从DTⅡ(A)型带式输送机的设计谈带式输送机的发展[J].鄂钢科技,2007,(2).

[3] 代景霞.煤矿带式输送机可靠性分析的计算机模拟[J].中国矿业,2009,(1).

[4] 王剑.下运带式输送机使用中的问题分析[J].煤矿机械,2009,(2).

作者简介:王建云,女,太原市明仕达煤炭设计有限公司设计部工程师,研究方向:运输设备。