張少星

（山西國辰建設(shè)工程勘察設(shè)計(jì)有限公司，山西 陽泉 045000）

1 礦井及地質(zhì)概況

陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司二礦距陽泉市5 km，井田以東為大陽泉井田，以西為西上莊井田，南部與五礦井田相鄰，北部以石太鐵路為界，石太鐵路和太舊高速公路穿越礦區(qū)而過。井田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造簡單，煤層穩(wěn)定，盛產(chǎn)優(yōu)質(zhì)無煙煤。

礦井采用主斜井、副立井混合開拓方式。礦井現(xiàn)有10 個進(jìn)風(fēng)井：東主斜井、西主斜井、東副立井、西副立井、材料提升斜井、小南溝進(jìn)風(fēng)立井、南山進(jìn)風(fēng)立井、桑掌進(jìn)風(fēng)立井、龍門進(jìn)風(fēng)立井、北茹進(jìn)風(fēng)立井，其中有6 個提升井：東主斜井、西主斜井、東副立井、西副立井、龍門進(jìn)風(fēng)立井、材料提升斜井；4 個回風(fēng)井：南山回風(fēng)立井、桑掌回風(fēng)立井、龍門回風(fēng)立井、北茹回風(fēng)立井。

2 改造的必要性

目前15 號煤十一采區(qū)現(xiàn)安裝有兩部可伸縮帶式輸送機(jī)搭接運(yùn)行，擔(dān)負(fù)著十一采區(qū)煤炭運(yùn)輸任務(wù)，運(yùn)量為1 500 t/h。其中：第一部帶式輸送機(jī)帶寬1 200 mm，膠帶型號為PVG1200S，帶速3.5 m/s，驅(qū)動采用2×315 kW 電機(jī)；第二部帶式輸送機(jī)帶寬1 200 mm，膠帶型號為PVG1200S，帶速3.5 m/s，驅(qū)動采用2×250 kW 電機(jī)。自從帶式輸送機(jī)安裝以來至今已經(jīng)運(yùn)行較長時間，由于煤炭運(yùn)量大，設(shè)備長期處于滿負(fù)荷運(yùn)行，設(shè)備出現(xiàn)故障頻率較大，部分皮帶老化嚴(yán)重。

按照礦方總體規(guī)劃及2019年度生產(chǎn)銜接，帶式輸送機(jī)還要承擔(dān)8 號煤15 采區(qū)原煤運(yùn)輸任務(wù)；8 號煤15 采區(qū)原煤通過15 號煤十一采區(qū)皮帶巷上部煤倉落入15 號煤十一采區(qū)皮帶。因此，15 號煤十一采區(qū)皮帶巷須同時滿足15 號煤十一采區(qū)及8 號煤15 采區(qū)原煤運(yùn)輸任務(wù)。運(yùn)輸量須由原來的1 500 t/h 提高到2 000 t/h，原有帶式輸送機(jī)已不能滿足原煤運(yùn)輸任務(wù)。

因此，需對現(xiàn)有帶式輸送機(jī)進(jìn)行改造，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況以及礦方生產(chǎn)銜接的要求，本次設(shè)計(jì)新選用一部膠帶機(jī)來完成原煤運(yùn)輸任務(wù)。

3 選型設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

機(jī)長：1 740 m；工作制度：330 d，16 h；運(yùn)輸能力：2 000 t/h；帶速：v=4.0 m/s。

膠帶輸送機(jī)布置：機(jī)尾雙滾筒三電機(jī)驅(qū)動，功率配比P1:P2=2:1，電機(jī)功率3×355 kW；初選膠帶：鋼繩芯膠帶ST/S2000（MT668-2008，阻燃抗靜電），B=1 200 mm。

3.2 托輥選型計(jì)算

查表得每米長度輸送帶的質(zhì)量qB=40.8 kg/m。

（1）靜載荷

承載分支托輥：PO=eaO（qG+qB）g=1 692 N

式中：PO為承載分支托輥靜載荷，N；e 為輥?zhàn)虞d荷系數(shù)，三節(jié)輥，取0.8；aO為承載分支托輥間距，1.2 m；qG為輸送能力，取138.89 kg/s；qB為每米長度輸送帶質(zhì)量，取40.8 kg/m；g 為重力加速度，取9.81 N/kg。

回程分支托輥：Pu=eauqBg=1 201 N

式中：e 為輥?zhàn)虞d荷系數(shù)，一節(jié)輥，取1；au為回程分支托輥間距，3 m。

（2）動載荷

承載分支托輥：PO′=PO·fs·fd·fa=2.37 kN

回程分支托輥：Pu′=Pu·fs·fa=1.45 kN

式中：fs為運(yùn)行系數(shù)，取1.1；fd為沖擊系數(shù)，取1.16；fa為工況系數(shù)，取1.1。

（3）托輥選型

上托輥：Φ159，L=465 mm ；GRO=31.59 kg。

式中：qRO為每米機(jī)長上托輥傳動部分的質(zhì)量qRO=GRO/Ls=26.325 kg/m；GRO為每組上托輥轉(zhuǎn)動部分的質(zhì)量；Ls為上托輥間距，1.2 m。

下托輥：Φ159，L=700 mm；GRO=26.56 kg。

式中：qRu為每米機(jī)長下托輥轉(zhuǎn)動部分的質(zhì)量，qRu=GRu/Lx=8.853 kg/m；GRu為每組下托輥轉(zhuǎn)動部分質(zhì)量；Lx為下托輥間距，3 m。

3.3 帶式輸送機(jī)受力情況簡要設(shè)計(jì)計(jì)算（分情況計(jì)算如下）

（1）電動機(jī)最大電動狀態(tài)時：

承載段阻力：

滿載：F=c·f·L·g·[qRo+（qB+qG）cosδ]±Hg（qB+qG）

空載：F=c·f·L·g·[qRo+qBcosδ]±HgqB

經(jīng)計(jì)算可得，圓周力：FU=149 175 N。

（2）電動機(jī)最大發(fā)電狀態(tài)時：

承載段阻力：F=c·f·L·g·[qRo+（qB+qG）cosδ]±Hg（qB+qG）

空載：F=c·f·L·g·[qRo+qBcosδ]±HgqB

經(jīng)計(jì)算可得，圓周力：FU=-64 479 N。

（3）全程滿載時：

承載段阻力：F=c·f·L·g·[qRo+（qB+qG）cosδ]±Hg（qB+qG）

空載：F=c·f·L·g·[qRo+qBcosδ]±HgqB

由以上計(jì)算可得，圓周力：FU=90 703 N。

（4）全程空載時：

承載段阻力：F=c·f·L·g·[qRo+（qB+qG）cosδ]±Hg（qB+qG）

空載：F=c·f·L·g·[qRo+qBcosδ]±HgqB

由以上計(jì)算可得，圓周力：FU=63 722 N。

式中：c 為與輸送機(jī)長度有關(guān)的系數(shù)，取1.05；f 為模擬摩擦系數(shù)，電動狀態(tài)取0.03，發(fā)電狀態(tài)取0.012；L 為機(jī)長，取1 740 m。

表1 各種狀態(tài)圓周力及功率

3.4 功率計(jì)算

式中：k 為啟動系數(shù)，取1.3；euφ為歐拉系數(shù)，查表得euφ=2.85。

由以上計(jì)算可得，最大電動狀態(tài)下，圓周力最大：FU=154 175 N。

傳動滾筒軸功率為：P0=FU·v/1 000=617 kW。

驅(qū)動電機(jī)功率為：PM=P0/ηη′η″=722/0.85×0.9×0.9=846 kW。

式中：η 為傳動效率，取0.85；η′為電壓降系數(shù)，取0.9；η″為多機(jī)驅(qū)動功率不平衡系數(shù)，取0.9。

傳動滾筒選用雙滾筒三電機(jī)驅(qū)動，P1:P2=2:1，電機(jī)功率3×355 kW。電動機(jī)額定功率為：355 kW；額定轉(zhuǎn)速為：1 500 r/min（防爆電機(jī)）。

3.5 各點(diǎn)張力計(jì)算

由兩滾筒功率配比得到，兩滾筒圓周力FUⅠ：FUⅡ=2:1

Ⅱ滾筒圓周力FUⅡ=FU/3=51 392 N

Ⅰ滾筒圓周力FUⅠ=2×FU/3=102 783 N=41 669 N

取S1=80 000 N，逐點(diǎn)張力法計(jì)算各點(diǎn)張力。

3.6 輸送帶下垂度校核

空載段：S1＞Smin=37.5×qB·g=15 009 N

承載段：S46＞Smin=15×（qG+qB）g=26 441 N

S3=78 891 N，S44=121 563 N，滿足垂度要求。

3.7 膠帶防打滑驗(yàn)算

SⅠ-Ⅱ=S1+FUⅡ=125 301 N

SⅠ-Ⅱ/S1=1.64＜eμα=2.85

S86/SⅠ-Ⅱ=1.78＜eμα=2.85

式中：SⅠ-Ⅱ?yàn)棰駶L筒和Ⅱ滾筒之間的圓周力。

3.8 膠帶安全系數(shù)驗(yàn)算

根據(jù)S86值，帶強(qiáng)2 000 N/mm，計(jì)算安全系數(shù)：

n=10.25，滿足煤礦安全規(guī)程要求。

3.9 傳動滾筒、改向滾筒直徑確定

預(yù)選傳動滾筒直徑D=1 000 mm

Ⅰ滾筒：合力FⅠ＞S86+SⅠ-SⅡ=366 kN

MⅠ＞FUⅠ·D/2000=51.4 kN·m

Ⅱ滾筒：合力FⅡ＞SⅠ-Ⅱ+S1=212 kN

扭矩MⅡ＞FUⅡ·D /2000=25.7 kN·m

3.10 制動器選型計(jì)算

（1）高速軸上制動力矩

MT′=1.5×9 550×p/n

=1.5×9 550×355/1 500=3 390 N·M

式中：p 為電動機(jī)功率，取355 kW；n 為電動機(jī)轉(zhuǎn)速，取1 500。

（2）低速軸上的制動力矩

MT=MT ′×I=67 800 N·M

式中：I 為高速軸與低速軸間的傳動比，I=1 500/（60×4.0/3.14/1.25）=19.625，取標(biāo)準(zhǔn)速比：I=20。

制動器選用KPZ-1200/YZ-200 型盤式制動器，最大制動力矩：118 kN·m，制動方式為軟制動。

3.11 拉緊裝置

拉緊形式采用機(jī)尾拉緊裝置拉緊。

張緊力S ′=2S1=160 kN。

拉緊行程Lz≥(ε0+ε1)L+ln=7.09 m，取Lz=10 m。

式中：ε0為輸送帶彈性伸長和永久伸長綜合系數(shù)，取0.002 5；ε1為托輥組間的輸送帶的屈撓率，取0.001；L 為機(jī)長，取1 740 m；ln為輸送帶的安裝附加行程，取1 m。

拉緊裝置（防爆）型號：ZYJ-200/16.5D-A，最大拉緊力：200 kN，拉緊行程：10 m。

3.12 減速機(jī)選型

根據(jù)上述計(jì)算，選用M3RSF70（i=20）型減速器，輸出扭矩88.1 kN·m，額定功率661 kW。

3.13 膠帶輸送機(jī)主要技術(shù)特征

帶式輸送機(jī)型號：DTⅡ固定帶式輸送機(jī)，雙滾筒三電機(jī)驅(qū)動；運(yùn)量：Q=2 000 t/h；膠帶型號：鋼繩芯膠帶ST2000（MT668-2008，阻燃抗靜電）；帶寬：1 200 mm；帶強(qiáng)：2 000 N/mm；帶速：4.0 m/s；驅(qū)動滾筒：D=1 000 mm；Ⅰ滾筒：合力＞366 kN，扭矩＞51.4 kN·m；Ⅱ滾筒：合力＞212 kN，扭矩＞25.7 kN·m；輸送機(jī)安裝長度：1 740 m；膠帶安全系數(shù)：m=10.25；配套電機(jī)：轉(zhuǎn)速：1 500 r/min，電機(jī)功率 355 kW，3 臺（防爆電機(jī)）；減速器：MC3RSF70 Fan 速比i=20；制動器：KPZ-1200/YZ-200 型盤式制動器，最大制動力矩：118 kN·m，制動方式為軟制動；拉緊裝置（防爆）型號：ZYJ-200/16.5D-A，最大拉緊力：200 kN，拉緊行程：10 m。

4 結(jié)語

通過對現(xiàn)有帶式輸送機(jī)的改造，提高了二礦的煤炭運(yùn)輸能力，滿足了礦方總體規(guī)劃，保證了2019年度生產(chǎn)銜接，滿足了原煤運(yùn)輸任務(wù)，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。