下運(yùn)發(fā)電運(yùn)行工況帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)

1、收稿日期:2011-04-11作者簡(jiǎn)介:劉洵文(1978 , 男, 陜西神木人, 2001年畢業(yè)于西安科技學(xué)院機(jī)械系機(jī)械電子工程專業(yè), 工程師, 現(xiàn)任神東設(shè)計(jì)公司機(jī)運(yùn)室 下運(yùn)發(fā)電運(yùn)行工況帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)劉洵文(神華神東煤炭集團(tuán)公司神東設(shè)計(jì)公司, 陜西神木 719315摘 要:以神東煤炭集團(tuán)公司保德煤礦104順槽膠帶機(jī)改造設(shè)計(jì)為例, 探討了下運(yùn)發(fā)電運(yùn)行工況帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算。關(guān)鍵詞:下運(yùn)發(fā)電運(yùn)行工況; 帶式輸送機(jī); 設(shè)計(jì)探討中圖分類號(hào):TD528+. 1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1671-749X(2011 03-0078-030 引言下運(yùn)帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中, 當(dāng)電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速超過(guò)同步轉(zhuǎn)速時(shí)

2、便進(jìn)入再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài), 此時(shí),當(dāng)帶式輸送機(jī)所受負(fù)載產(chǎn)生的下滑力與各種阻力及電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)力達(dá)到平衡時(shí), 帶式輸送機(jī)便處于再生發(fā)電制動(dòng)的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài), 如果帶速繼續(xù)增加, 帶式輸送機(jī)便進(jìn)入飛車運(yùn)行狀態(tài)。此時(shí), 若不加以限制或停車, 將會(huì)出現(xiàn)重大機(jī)械和人身事故。1 下運(yùn)帶式輸送機(jī)運(yùn)行工況分析下運(yùn)帶式輸送機(jī)與平運(yùn)或上運(yùn)帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算有本質(zhì)的區(qū)別。以圖1布置形式為例進(jìn)行設(shè)計(jì)探討。圖1 下運(yùn)帶式輸送機(jī)布置形式1. 1 運(yùn)行時(shí)的總阻力計(jì)算利用相關(guān)公式可以計(jì)算出運(yùn)行時(shí)的總阻力。1. 2 下運(yùn)帶式輸送機(jī)運(yùn)行工況分析電動(dòng)運(yùn)行工況:當(dāng)電動(dòng)機(jī)作用于輸送機(jī)上的發(fā)電制動(dòng)力小于或等于0, 輸送機(jī)上的外加制動(dòng)力亦等于

3、0時(shí), 則物料提升阻力小于或等于上、下分支運(yùn)行阻力之和。此時(shí), 電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)運(yùn)行工況, 帶式輸送機(jī)可按平運(yùn)工況設(shè)計(jì), 不存在飛車可能。即可用相關(guān)算式求出下運(yùn)帶式輸送機(jī)不會(huì)出現(xiàn)發(fā)電工況可以按平運(yùn)工況處理的最大輸送量。再生發(fā)電制動(dòng)運(yùn)行工況:下運(yùn)帶式輸送機(jī)在再生發(fā)電制動(dòng)工況下運(yùn)行時(shí), 不外加制動(dòng)力, 僅靠電動(dòng)機(jī)再生發(fā)電制動(dòng)就可控制帶速, 不會(huì)出現(xiàn)飛車時(shí), 此時(shí)電動(dòng)機(jī)作用于輸送機(jī)上的發(fā)電制動(dòng)力隨負(fù)載的大小變化而變化, 但最大不能超過(guò)電動(dòng)機(jī)作用于皮帶上的最大制動(dòng)力, 當(dāng)電動(dòng)機(jī)再生發(fā)電制動(dòng)力達(dá)到了最大值, 帶式輸送機(jī)達(dá)到了飛車運(yùn)行工況的臨界值; 若負(fù)載繼續(xù)增加, 帶式輸送機(jī)將失控而進(jìn)入飛車運(yùn)行工況。下運(yùn)

4、帶式輸送機(jī)的停車工況:下運(yùn)帶式輸送機(jī)在再生發(fā)電制動(dòng)工況下運(yùn)行, 突然斷電停車, 為避免飛車工況, 此時(shí)因電動(dòng)機(jī)發(fā)電制動(dòng)力等于0, 輸送機(jī)上外加制動(dòng)力大于物料提升阻力減去上、下分支運(yùn)行阻力, 否則, 不但不產(chǎn)生制動(dòng)減速度, 反而由于物料自行下運(yùn), 制動(dòng)控制不住, 致使輸送機(jī)飛車, 發(fā)生故障。下運(yùn)帶式輸送機(jī)過(guò)載工況下的帶速控制:處于,78劉洵文 下運(yùn)發(fā)電運(yùn)行工況帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì) 2011年當(dāng)出現(xiàn)過(guò)載時(shí), 如果不投入外力制動(dòng), 帶速會(huì)繼續(xù)增加而進(jìn)入飛車運(yùn)行工況。此時(shí)投入外力制動(dòng), 則物料提升阻力小于上、下分支運(yùn)行阻力, 輸送機(jī)外加制動(dòng)力, 電動(dòng)機(jī)發(fā)電制動(dòng)力之和。外加制動(dòng)力使帶式輸送機(jī)減速運(yùn)行, 待帶式

5、輸送機(jī)運(yùn)行速度小于飛車臨界速度后, 外加制動(dòng)力解除。以后每當(dāng)過(guò)載時(shí)上述過(guò)程重復(fù)進(jìn)行, 使帶式輸送機(jī)穩(wěn)定在額定帶速下運(yùn)行。2 保德煤礦104順槽膠帶機(jī)改造設(shè)計(jì)計(jì)算2. 1 膠帶機(jī)參數(shù)根據(jù)地測(cè)部門(mén)提供的巷道實(shí)測(cè)剖面圖(圖1 知:L =2100m, H =-146m , 下運(yùn)平均角度 =3.977 , 礦方要求膠帶機(jī)小時(shí)運(yùn)量Q =2500t/h, 并以現(xiàn)有上海煤科院生產(chǎn)的B =1400mm, V =4m /s , 3 500k W 順槽可伸縮膠帶機(jī)為原型進(jìn)行改造, 膠帶利用礦方已有阻燃整芯帶1800S 。2. 2 發(fā)電運(yùn)行工況臨界輸送量的計(jì)算利用公式計(jì)算出Q 284t/h, 因此, 只要輸送量超過(guò)2

6、84t/h,膠帶就可能處于發(fā)電運(yùn)行工況, 并可能飛車運(yùn)行; 所以在額定運(yùn)量2500t/h情況下, 該膠帶機(jī)必須按照下運(yùn)發(fā)電運(yùn)行工況進(jìn)行計(jì)算。2. 3 膠帶機(jī)額定輸送量運(yùn)行工況分析為方便討論, 忽略附加阻力F , 取托輥?zhàn)枇ο禂?shù) =0. 012, 計(jì)算得, 每米物料質(zhì)量q =173. 6kg /m;上分支運(yùn)行阻力:F 1=49323N;下分支運(yùn)行阻力:F 2=9371N; 物料提升阻力:F 3=-248040N; 總圓周力F =-189346N;電動(dòng)機(jī)作用于皮帶上的最大制動(dòng)力P =39354N 。由計(jì)算知, |F 3|=248040N >98048N, 也就是說(shuō), 膠帶機(jī)運(yùn)行阻力加上3臺(tái)5

7、00k W 電動(dòng)機(jī)作用于皮帶機(jī)上的最大制動(dòng)力的總阻力小于膠帶輸送機(jī)的下滑分力, 如若不加外力制動(dòng), 該膠帶機(jī)將會(huì)處于飛車運(yùn)行工況。2. 4 膠帶機(jī)改造設(shè)計(jì)方案與固定式下運(yùn)膠帶機(jī)不同, 該膠帶機(jī)屬可伸縮順槽膠帶機(jī), 機(jī)尾馬蹄爾隨著工作面的推進(jìn)需適時(shí)移動(dòng), 而按照下運(yùn)發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)膠帶機(jī)設(shè)計(jì)一般思路, 機(jī)尾力是整條膠帶機(jī)最大力所在, 驅(qū)動(dòng)及制動(dòng)裝置放置在機(jī)尾處是最為合理的方案。而該膠帶機(jī)由于機(jī)尾馬蹄爾的適時(shí)移動(dòng)不能實(shí)現(xiàn)機(jī)尾驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)。由上述計(jì)算知, 該膠帶機(jī)運(yùn)量大, 下運(yùn)高度大, 處于發(fā)電狀態(tài)運(yùn)行, 一旦制動(dòng)失效, 膠帶機(jī)有可能出現(xiàn)制動(dòng)不住飛車危險(xiǎn); 所以, 不僅應(yīng)做到斷電或故障停車制動(dòng), 還應(yīng)做到

8、膠帶機(jī)運(yùn)行實(shí)時(shí)制動(dòng)。經(jīng)計(jì)算(計(jì)算過(guò)程忽略, 機(jī)尾馬蹄爾和機(jī)尾滾筒受力約40, t 神東煤炭集團(tuán)公司目前給順槽膠帶機(jī)配的馬蹄爾和機(jī)尾滾筒受力約12, t 受力不滿足要求, 需對(duì)此順槽膠帶機(jī)的機(jī)尾馬蹄爾進(jìn)行特殊加工以滿足受力要求; 機(jī)尾滾筒新購(gòu), 合張力達(dá)60t 以上; 現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)滾筒軸是否能夠承受制動(dòng)器的制動(dòng)扭矩約15. 5. t m, 如驗(yàn)算不能夠滿足, 需對(duì)三個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒進(jìn)行更換; 儲(chǔ)帶倉(cāng)內(nèi)的滾筒受力也較大, 如驗(yàn)算不能滿足, 也應(yīng)更換; 儲(chǔ)帶倉(cāng)膠帶單邊張力達(dá)到14, t 張緊絞車的張緊力需達(dá)到14, t 而目前順槽膠帶機(jī)上使用的AP W 張緊絞車的張緊力為最大7. 5, t 不滿足要求, 需對(duì)

9、張緊絞車機(jī)架進(jìn)行更換。膠帶機(jī)改造繞帶如圖2 。圖2 膠帶機(jī)改造繞帶圖制動(dòng)器確定:由計(jì)算知, 為保證膠帶機(jī)斷電安全停車, 需外加制動(dòng)力F z =284019N (此計(jì)算數(shù)作為估算, 考慮了膠帶機(jī)的移動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)部分慣性力為正常圓周力的50%, 加裝制動(dòng)器滾筒直徑為1m, 由于該膠帶機(jī)下運(yùn)工況惡劣, 并考慮制動(dòng)安全系數(shù)為1. 3, 則外加制動(dòng)力矩計(jì)算值為369225Nm ?？紤]79第3期 劉洵文 下運(yùn)發(fā)電運(yùn)行工況帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)神東煤炭集團(tuán)公司內(nèi)部設(shè)備的互換性, 擬選用西伯瑞盤(pán)式制動(dòng)器SH I 201, 盤(pán)徑1500mm , 盤(pán)厚30mm 。經(jīng)計(jì)算, 該盤(pán)式制動(dòng)器單個(gè)制動(dòng)頭的制動(dòng)力矩為77280Nm (

10、間隙2mm , 則該順槽膠帶機(jī)所需外加的S H I201制動(dòng)頭數(shù)量n =4. 8。經(jīng)定性分析認(rèn)為, 由于該下運(yùn)順槽膠帶機(jī)為發(fā)電運(yùn)行工況, 最大張力點(diǎn)在機(jī)尾處, 而機(jī)頭處恰恰為最小張力點(diǎn)處, 所以在機(jī)尾處不能設(shè)置制動(dòng)裝置的情況下, 在膠帶機(jī)中部合適位置設(shè)置制動(dòng)裝置可以對(duì)膠帶機(jī)進(jìn)行安全有效制動(dòng)。設(shè)計(jì)擬設(shè)兩處制動(dòng)點(diǎn), 第一處為儲(chǔ)帶倉(cāng)后, 加裝兩個(gè)制動(dòng)滾筒, 即圖2中 和 滾筒, 第二處為膠帶機(jī)中部位置, 加裝一個(gè)滾筒, 即 滾筒, 每個(gè)制動(dòng)滾筒一邊出軸, 出軸加裝1500mm 制動(dòng)盤(pán), 每個(gè)盤(pán)加裝兩個(gè)SH I 201制動(dòng)頭, 總計(jì)6個(gè)制動(dòng)頭。驅(qū)動(dòng)方式確定:為有效降低膠帶強(qiáng)度, 考慮加裝滾筒卸載式中間

11、驅(qū)動(dòng)裝置。滾筒卸載式中間驅(qū)動(dòng)技術(shù)是由驅(qū)動(dòng)滾筒完成對(duì)膠帶的驅(qū)動(dòng), 把驅(qū)動(dòng)功率的一部分放在帶式輸送機(jī)的中部合適位置, 使驅(qū)動(dòng)功率分散開(kāi)來(lái), 這樣可以有效降低膠帶運(yùn)行時(shí)的最大張力, 降低膠帶的強(qiáng)度。滾筒卸載式中間驅(qū)動(dòng)與頭部集中單點(diǎn)驅(qū)動(dòng)一樣, 視膠帶為彈性體, 忽略膠帶的厚度、膠帶與滾筒相接觸部分膠帶的質(zhì)量及膠帶在相遇點(diǎn)由直變彎和在奔離點(diǎn)由彎變直的彎曲應(yīng)力。滾筒卸載式中間驅(qū)動(dòng)滾筒趨入點(diǎn)的膠帶張力和分離點(diǎn)的膠帶張力同樣滿足歐拉公式。如圖3, 該下運(yùn)膠帶機(jī)膠帶張力由機(jī)頭線性增大至滾筒卸載式中間驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)滾筒分離點(diǎn), 膠帶張力在此處達(dá)到一極大值, 隨后開(kāi)始下降, 直至到該驅(qū)動(dòng)滾筒的趨入點(diǎn), 膠帶張力又開(kāi)

12、始線性增加至機(jī)尾。確定滾筒卸載式中間驅(qū)動(dòng)位置:額定輸送量時(shí), 膠帶在承載分支的線阻力a z =-111. 64N /m;膠帶在回程分支的線阻力a k =21. 47N /m;輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒總圓周力F =-189357N; 輸送機(jī)所需電機(jī)總功率(取K b =1. 3, =0. 91P =-1082k W; 電機(jī)動(dòng)功率為P d =500k W, 那么驅(qū)動(dòng)單元的總數(shù)n =P /Pd =2. 164, 需3臺(tái)500k W 電機(jī)全部投入使用; 確定主驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)單元個(gè)數(shù)n z =2, 中間驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)單元的個(gè)數(shù)n j =1; 確定功率配比為1 1 1。驅(qū)動(dòng)單元趨入點(diǎn)膠帶的最小張力S f 依據(jù)歐拉公式求

13、得為43750N; 承載分支膠帶的最小張力S zm i n 依據(jù)膠帶在兩相鄰上托輥組間距L s 內(nèi)垂度不得大于許用垂度值f c 的要求由相關(guān)公下式計(jì)算(L s =1. 5m , f c 設(shè)為1. 5% 得S z m in =54663N =S 4, S 1=226078N; 中間驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)滾筒趨入點(diǎn)的膠帶張力S 2應(yīng)滿足S 2 S 4; 中間驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)滾筒奔離點(diǎn)膠帶張力S 3應(yīng)滿足S 3 S e 。圖3 下運(yùn)帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算圖綜合上述討論, 可見(jiàn)中間驅(qū)動(dòng)裝置位置可在以下計(jì)算的范圍內(nèi)選取, 即1536 L 1 564。由此, 確定中部驅(qū)動(dòng)裝置放置在距機(jī)頭1000m , 也即L 1=1100m 位置。節(jié)能設(shè)計(jì):由于該順槽膠帶機(jī)在額定輸送量下完全處于發(fā)電運(yùn)行工況, 電動(dòng)機(jī)完全處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài), 因此設(shè)計(jì)中引入四象限變頻控制器。四象限變頻控制器的采用可就電動(dòng)機(jī)的再生能量轉(zhuǎn)化為電能送