大傾角膠帶運輸機的技術研究和應用

1、昌，鄭州煤炭工業(yè)集團有限責任公司超化煤礦31采區(qū)大傾角膠帶運輸機的技術研究和應用研究報土口二。九年三月概述2一、問題的提由與解措3二、方案的研究與確定52.1深槽構造與擋渣、糾偏、壓帶的應用52.2現場冷硫化包膠技術的應用82.3機尾張緊裝置的改造92.4關于31“輔機”的設計與探討9三、31皮帶下山膠帶運輸機選型驗算11四、關鍵技術及創(chuàng)新點20五、社會效益與經濟效應分析22六、結論23附圖24概述超化煤礦31皮帶下山皮帶運輸機是一部位于大斜坡，集運掘進肝石、煤于一體的膠帶輸送機。鋪設的大傾角皮帶，擔負31三條下山掘進出麓、31采區(qū)工作面主煤流運輸及22141下付巷掘進出煤的任務。31下山皮帶

2、位于回風巷，條件差，濕度較大。31皮帶是超化煤礦唯一安裝的大傾角皮帶機，該膠帶輸送機原為大平礦一臺閑置的設備，我礦通過集團公司協調，調入我礦應用于大傾角巷道。我礦工程技術人員根據31皮帶巷原始參數，對整部膠帶機功率、帶寬、膠帶強度、逆止力矩、制動力矩等進行改造選型。結合31皮帶巷的實際條件對原有膠帶輸送機采取深槽構造，加裝槽型壓帶裝置和擋殖裝置，在膠帶打滑處加鋪摩擦膠帶機增大摩擦因素，對主滾筒采用新工藝重新包膠等舉措，加以改進、投用，已取得良好的效果。成功完成了31皮帶機對煤硝的運輸任務。保證下山的順利掘進。一、問題的提出與解決方案自2008年2月份安裝投用以來陸續(xù)出現由于環(huán)境、運輸條件、運量

3、、 硝塊等原因導致物料在運輸過程中出現翻滾、 轉動， 皮帶、 滾筒打滑等隱患。大傾角膠帶滾筒打滑是膠帶運輸一直面臨的難題， 一方面是驅動滾筒與膠帶摩擦因素不足以帶動膠帶運轉， 另一方面則是由于巷道運輸條件導致單機運行無法帶動整機運行。在對31皮帶的改造過程中面臨的：普通膠帶不能滿足物料運輸的能力，且運輸坡度大于15。時物料極容易在膠帶上翻滾甚至掉落從而造成事故。由于環(huán)境、運量等因素，出現因濕度大、斜坡傾角大，導致運輸過程中出現膠帶打滑等一系列問題，嚴重制約了工程進度。隨著開采深度的增加，原膠帶機機尾采用錨桿固定移動不方便。31皮帶下山的掘進任務， 出麓路線面臨很大選擇。 因此為了在掘進過程中能

4、夠充分利用膠帶輸送機的連續(xù)運輸、高效的特性，結合現實條件，通過技術加工改造，實現硝塊的連續(xù)運輸。針對以上問題超化礦工程技術人員通過研究論證，從根本上解決了大傾角物料運輸、膠帶漂高、跑偏和膠帶滾筒打滑的問題；通過對耙斗裝巖機的改進徹底改變了原有的礦車循環(huán)運輸的局面， 實現了膠帶運輸機對煤硝的連續(xù)運輸； 在電氣控制上將“輔機”電機控制開關與主電機控制實現電氣集中控制， 減少了電機因起動不同步而造成的膠帶與滾筒相互摩擦而對膠帶的影響。 避免了膠帶運行事故的發(fā)生。通過實際運行證明改造后的膠帶機在實際應用中取得了良好效果。解決了在運輸過程中存在的安全隱患。二、方案的研究與確定該輸送機膠帶采用摩擦因素大的

5、整芯“人”字型花紋膠帶， 皮帶機采用四節(jié)深槽上托輻組使槽形角達到60,另外在整部皮帶機每20米安裝一套壓帶輻組、每30米安裝一套擋煤板。面對以上難題，經超化礦工程技術人員討論、研究決定：采用深槽構造，加大膠帶成槽性，并在原深槽基礎上增加擋硝、擋偏、壓帶裝置；采用TOP冷粘新工藝，對皮帶機驅動滾筒現場包膠；對原有皮帶中部加裝一臺摩擦帶式運輸機（以下簡稱“輔機”），以解決膠帶機打滑現象。在皮帶機尾我們采用大功率耙硝機， 通過延伸耙硝機的中間槽長度并在膠帶機機尾安裝設計承接裝置，使耙硝機溜槽口與膠帶輸送機實現了對接。2.1深槽構造與擋硝、糾偏、壓帶的應用1）、鑒于大傾角皮帶機的特殊情況，在上托輻我們

6、采用4節(jié)深槽上托輻加大膠帶的成槽性，使膠帶的槽型角達到60,同時也增大了物料斷面的動堆積角eo增大膠帶與物料之間的摩擦面積，防止物料下滑和滾動。槽型托輻安裝圖普通膠帶輸送機上托輻都是采用三連棍或三短棍相連改變膠帶的槽型角， 采用4節(jié)短短能通過擠壓使膠帶槽型角增大，對于大傾角皮帶更具實際意義。2）、31大傾角皮帶上運平均坡度達24,若由于膠帶摩擦系數小，煤肝等載物很容易變滑動摩擦為滾動摩擦。 因此為增大膠帶本身的摩擦系數， 膠帶采用“人”字形花紋帶，增加運載貨物與膠帶之間的摩擦系數，防止物料的下滑。對于坡度較小的膠帶輸送機，采用普通質地的PVG或PVC膠帶即可滿足要求，“人”字形花紋帶能增加運載

7、貨物與膠帶之間的摩擦因素，應用于31大傾角很具實踐意義。3）、運載的肝石的形狀在很大意義上影響貨物與膠帶的密合度。為防止肝石的滾動下滑，根據現場條件在機架上每30m加裝一套擋麓裝置，擋硝裝置采用單向轉動，上皮帶運行方向為擋硝裝置轉動方向，皮帶運行時擋硝裝置正常開合， 即在膠帶運行方向貨物在運載過程中在自動觸碰開擋硝裝置，若發(fā)生肝石下滑也能將肝石阻擋有效防止膠帶跑偏在擋硝裝置之上，大硝塊則無法繼續(xù)下滑，起到阻擋硝塊下滑的目的。有效的避免了肝石的回運。4）、在設計安裝及皮帶安裝過程中，由于巷道條件及地質條件的影響，在膠帶機安裝后出現的膠帶機不平及皮帶中心不在一條中心線上，出現的皮帶跑偏和局部膠帶的

8、漂高問題。在膠帶機沿線每20m安裝一套槽型壓帶裝置。壓帶裝置上的壓帶較一方面能防止由于巷道傾角不一而導致膠帶的漂高，另一方面兩邊改造新增的擋偏短能擋硝裝置安裝圖壓帶短、擋偏短安裝圖2.2現場冷硫化包膠技術的應用包膠滾筒是皮帶輸送運輸系統(tǒng)中重要部件和組成部分。 滾筒的包膠能有效改善輸送系統(tǒng)的運行狀況，保護金屬滾筒不被磨損,防止輸送帶的打滑,使?jié)L筒與皮帶同步運轉,從而保證皮帶高效的、 大運量的運轉。 滾筒的包膠還能有效的增大滾筒與皮帶之間的滑動摩擦,減少滾筒表面的物料粘結,從而減小皮帶的跑偏和磨損。滾筒在長時間運行過程中，會出現正?；蛞馔獾哪p、老化等問題、導致皮帶打滑現象的發(fā)生、直接影響生產的正

9、常運行。傳統(tǒng)的熱硫化包膠的滾筒由于硫化壓強低，硫含量偏高而耐磨性能差，使用中易老化。采用德國TOP冷粘新工藝、丁0聆硫化包膠技術橡膠密實度高，耐磨性強，壽命為熱包膠的數倍；且摩擦系數高，大大降低了膠帶應力；橡膠彈性佳，防粘附性能好。并且綜合成本大大低于傳統(tǒng)的熱包膠。由于長時間運行及環(huán)境制約導致對輸送帶的附著力下降，清潔功能差。滾筒包膠就解決了這一問題，其材料主要有：耐磨防滑橡膠板、阻燃橡膠板、阻燃抗靜電橡膠板、超耐磨橡膠板。選擇合適膠板及配套的膠水。2.3機尾張緊裝置的改造1、 膠帶機張緊裝置設計在機尾， 通過手動張緊裝置采用鋼絲繩牽引機尾滾筒前后運動來實現膠帶的張緊。張緊裝置由機尾滑槽架、滑

10、塊軸架、牽引輪、機尾滾筒、手動張緊器和鋼絲繩組成，其工作原理為：搖動張緊器，張緊器滾筒轉動帶動牽引鋼絲繩運動，鋼絲繩通過牽引輪帶動滑塊軸架在滑槽內運動，從而使機尾滾筒運動，起到張緊膠帶的作用。2.4關于31“輔機”的設計與探討31皮帶屬上運膠帶機，皮帶上運平均坡度為24。按照集團公司要求：巷道坡度大于5。時，在膠帶機安裝合格制動裝置的同時都必須要有安全可靠的防逆止裝置。為此根據選型計算，我們在31膠帶上配備有浙江金基NF63-N-80型逆止器。通常逆止器都是安裝在最后一級輸出軸上或中間軸上，由于輸出軸輸出逆止力矩大因此對選型要求大，并且價格高昂；我們選擇在中間軸上安裝一臺逆止器，轉速高但輸出逆

11、止力矩較小，并嚴格控制溫開，保證了大傾角膠帶機的可靠逆止。隨著開采深度的增加，下山掘進中的物料中參雜了一定的水分及濕煤，降低了膠帶與滾筒間的摩擦系數， 致使膠帶機出現了由于張緊力和摩擦力不夠而引起膠帶打滑現象， 我們提出在不改變原有膠帶繞向的情況下在現有膠帶機中部加裝一臺驅動電機、驅動滾筒與主驅動一致的線摩擦帶式輸送機（以下簡稱“輔機”），以解決膠帶機打滑現象。在實際生產運轉中出現的主皮帶與“輔機”起動運轉不同步的情況，超化礦技術人員通過電氣改造將主驅動滾筒電機與“輔機”滾筒電機實現電氣聯鎖控制。主控制信號設置在皮帶機頭處，在主電機處設一發(fā)射臺，摩擦電機處設一接收臺，通過數字信號皮帶主電機起動

12、時發(fā)射臺發(fā)出信號、接受臺接受信號并起動皮帶，達到了同時起動的目的。避免了因起動不同步對膠帶的影響及消除了運行事故隱患，提高了皮帶運行安全系數。在對“輔機”的長度設計選擇上， 兼顧各種輸送條件之后， 確定增加一部56m線摩擦帶式輔機即可滿足要求。 通過使用證明輔機的增加為圓滿的完成了下山掘進肝料的運輸問題提供了可靠保證。10、31皮帶下山膠帶運輸機選型驗算31皮帶下山全長667項最大坡度24,選用DTL80/30/160型膠帶運輸機，電機功率160KW膠帶為1250S-800m翅PV建芯膠帶， 縱向拉斷力為1250N/mm帶速2m/so31皮帶前期負責兩個掘進頭的施工任務，最大運輸量Q=200t

13、/h,后期負責一個掘進頭的施工任務，最大運輸量Q=100t/h,下面就前后、期膠帶機進行選型驗算。一、前期最大出煤量：Q=200t/h,煤的松散密度：p=0.8-1t/m3;運輸長度：L=107最大傾角：6二24膠帶運輸機為上運皮帶。1、選型計算：計算膠帶寬度：A.200B=、K*v*C=458*2*0.92*0.8=0.545m式中：A-設計運輸量，取200t/hK貨載斷面系數，取458c輸送機傾角系數，取0.8v膠帶運行速度，取2m/s選用B=800膠帶輸送機。對帶寬進行塊度校核：B2amax+200=2*300+200=800mm式中：mmax-貨載最大塊度的橫向尺寸，取mmax=300

14、mm故膠帶寬度滿足要求。11運行阻力與膠帶張力計算初選1250s-800型PV建芯膠帶，縱向拉斷力P=1250N/mm皮帶每米重：qd=19.6kg/m上托車昆傳動質量：qg=9.3kg/m下托車昆傳動質量：qg=4kg/mA、重載運行運行阻力與膠帶張力計算1)運行阻力計算：重段運行阻力wzh=g*(q1+qd+qg，)*L*w*cos3+g*(q1+qd)*L*sin(3=10*(27.78+19.6+9.3)*107*0.03*cos240+10*(27.78+19.6)*107*sin24=22297N式中：q每米膠帶上的貨載質量；q1=Q1/3.6V=200/(3.6*2)=27.78

15、kg/m;qd一膠帶每米質量，取qd=19.6kg/m;W一槽形托輻的阻力系數，取0.03;空段運行阻力：wk=g*(qd+qg)*L*wcos(3-qd*L*sin3=10*(19.6+4)*107*0.025*cos24-10*19.6*107*sin24=-7959N式中：w-直托輻阻力系數，取0.0252、膠帶張力計算12用逐點計算法求膠帶各點張力S2=S1+wkS3=1.04S2=1.04S1+1.04wkS4=S3+wzh=1.04S1+1,04wk+wzhS5=S6=1.04S4=1.042S1+1.042wk+1.04wzh按摩擦傳動條件考慮摩擦力備用系數列方程：S6=S11+

16、(eua-1)/m=S11+(e0.2*8.5-1)/1.15=4.66S1式中：m一摩擦力備用系數，取1.15;一膠帶與滾筒之間的摩擦系數，取0.2;方程和聯立解得：S1=4075NS2=-3884NS3=-4039NS4=18258NS6=S5=18988N膠帶垂度與強度驗算：3、垂度驗算13重段最小張力點張力：S3=-4039N按垂度要求重段允許的最小張力為：Smin=5*g*(q1+qd)*Lg*cosB=5*10*(27.78+19.6)*1.5*cos24=3248N因為S3VSmin,所以膠帶垂度不滿足要求，為保證膠帶的懸垂度要求，令：S3=3248N代入原方程組中求得：S1=1

17、1082NS2=3123NS3=3248NS4=25545NS6=S5=26567N4、膠帶強度計算m*SzdSd=B=10*26567/800=332N/mm1250N/mm式中：m-膠帶安全系數，取10；所以，膠帶選用1250s-800型PV嚷芯膠帶，滿足要求。5、計算牽引力與電動機功率輸送機主軸牽引力為：w0=(S6-S1)+0.04*(S6+S1)=16991N電動機功率為：N=kw0*V/1000T=1.15*16991*2/1000*0.85=46kW式中：刀-減速器機械效率，取0.85;k-功率備用系數，取1.15;14所以，輸送機在重載運行時電機功率選用160kW滿足要求。二、

18、后期最大出煤量：Q=100t/h,煤的松散密度：p=0.8-1t/m3;運輸長度：L=600平均傾角：B=24膠帶運輸機為上運皮帶。1、選型計算：運行阻力與膠帶張力計算初選1250s-800型PV建芯膠帶，縱向拉斷力P=1250N/mm皮帶每米重：qd=19.6kg/m上托車昆傳動質量：qg=9.3kg/m下托車昆傳動質量：qg=4kg/mA、重載運行運行阻力與膠帶張力計算1)運行阻力計算：重段運行阻力wzh=g*(q1+qd+qg，)*L*w*cos3+g*(q1+qd)*L*sin(3=10*(14+19.6+9.3)*600*0.03*cos240+10*(14+19.6)*600*si

19、n24=89109N式中：q每米膠帶上的貨載質量;q1=Q1/3.6V=100/(3.6*2)=14kg/m；qd一膠帶每米質量，取qd=19.6kg/m;W一槽形托輻的阻力系數，取0.03;15空段運行阻力：wk=g*(qd+qg)*L*wcosB-qd*L*sin3=10*(19.6+4)*600*0.025*cos24-10*19.6*600*sin24=-44627N式中：w-直托輻阻力系數，取0.0252、膠帶張力計算用逐點計算法求膠帶各點張力S2=S1+wkS3=1.04S2=1.04S1+1.04wkS4=S3+wzh=1.04S1+1.04wk+wzhS5=S6=1.04S4=

20、1.042S1+1.042wk+1.04wzh按摩擦傳動條件考慮摩擦力備用系數列方程：S6=S11+(eua-1)/m=S11+(e0.2*8.5-1)/1.15=4.66S1式中：m一摩擦力備用系數，取1.15;一膠帶與滾筒之間的摩擦系數，取0.2;方程和聯立解得：S1=12409N16S2=-32218NS3=-33507NS4=55602NS6=S5=57826N膠帶垂度與強度驗算：3、垂度驗算重段最小張力點張力：S3=-33507N按垂度要求重段允許的最小張力為：Smin=5*g*(q1+qd)*Lg*cosB=5*10*(14+19.6)*1.5*cos24=2303N因為S3VSm

21、in,所以膠帶垂度不滿足要求，為保證膠帶的懸垂度要求，令：S3=2303N代入原方程組中求得：S1=46841NS2=2214NS3=2303NS4=91412NS6=S5=95068N4、膠帶強度計算m*SzdSd=B=10*95068/800=1188N/mmv1250N/mm式中：m-膠帶安全系數，取10；所以，膠帶選用1250s-800型PV嚷芯膠帶，滿足要求.5、計算牽引力與電動機功率17輸送機主軸牽引力為：w0=(S6-S1)+0.04*(S6+S1)=53903N電動機功率為：N=kW0*V/10004=1.15*53903*2/1000*0.85=146kW式中：刀-減速器機械

22、效率，取0.85;k-功率備用系數，取1.15；所以，輸送機在重載運行時電機功率選用160kW滿足要求。6、膠帶機制動力矩驗算：膠帶機鋪設長度L=600m機頭機尾巷道垂高H=-280-(-500)=220m(機頭標高為-280,機尾標高為-500)膠帶機鋪設平均坡度B=sin-1(220/600)=24則驅動滾筒上所加的制動力矩D*gT0=2*q*H-(q+qd)*L*w*cos(3-qd*L*w*cos31*10=/*14*220-(14+19.6)*600*0.03*cos24-19.6*600*0.025*cos24=5*2258=11290N*m式中：D-驅動滾筒直徑，取D=1mq-每

23、米膠帶上的貨載質量；q=Q/3.6V=100/(3.6*2.5)=14kg/m；qd-膠帶每米質量，取qd=19.6kg/m;w-槽形托輻的阻力系數，取0.03;18w-直托輻的阻力系數，取0.025;因電動機額定轉速n=1480r/min,帶速v=2m/s,則傳動比為n*D1480*3.14*1I0=60*v=-602=38.727如果制動器安裝在高速軸上，則制動力矩T高=T0/38.727=292N*m取制動力備用系數K=1.3,則T制=292*1.3=380N*m因為任一臺制動器的制動力矩必須滿足整條膠帶機制動力矩的需要，所以膠帶機的制動力矩膠帶機所配備的液力制動器型號為BYWZ5-50

24、0/90,額定制動力矩為1000N*m大于膠帶機所需要的制動力矩，所以膠帶機配備一臺液力制動器滿足要求。7、膠帶機逆止力矩：逆止器安裝在減速器高速軸上，則逆止力矩T逆0=T0/i0=11290/38.727=292N*m因為任一臺逆止器的逆止力矩必須滿足整條膠帶機逆止力矩的需要，所以每臺逆止器所需的逆止力矩T逆=T逆0=292N*m取安全系數K=1.3,則逆止力矩T逆=K*T逆=1.3*292=379N*m800N*m由計算可知，選用NF-63-N-80型逆止器，額定逆止力矩為800N*m,滿足要求。19三、關鍵技術及創(chuàng)新點1、 在上托輻我們采用4節(jié)深槽上托輻加大膠帶的成槽型， 使膠帶的槽型角

25、達到60,同時也增大了物料斷面的動堆積角eo采用“人”字型花紋帶增大膠帶與物料之間的摩擦面積，防止物料下滑、滾動。2、加裝摩擦皮帶，依靠皮帶摩擦帶動中部皮帶云裝?！拜o機”驅動相當于整機的中間驅動。 “輔機”原理在于利用輔機驅動滾筒驅動線摩擦皮帶，通過主、 輔膠帶的摩擦帶動原膠帶機中部膠帶， 并使主、 輔膠帶同步運轉。 “輔機”驅動相當于整機的中間驅動?！陛o機”的電機起停均在皮帶機頭控制，皮帶司機可以通過對主電機開關的起?？刂啤拜o機”的起停，從而達到同步的目的。避免了因起停不同步而造成3、膠帶機機尾設計安裝承接裝置與耙斗裝巖機實現完美搭接。機尾架采用地錨固定方式，安裝在耙斗裝巖機溜槽口下，便于裝載物料，改變運輸方式。一般掘進巷道中都是采用礦車循環(huán)運輸，但這種運輸方式不僅勞費人力、物力，而且效率也無法與膠帶輸送機相比。 因此將耙斗裝巖機溜槽口與皮帶機機尾相搭接創(chuàng)新項目極具推廣意義。4、采用進口技術，對傳動滾筒進行包膠處理，增加滾筒傳動摩20擦因素。根據生產介紹經驗，定制加工菱形花紋，以增大橡膠板表面摩擦力，減少皮帶打滑，提高運行效率和安全系數。在幾乎不停產的情況下，對皮帶機驅動滾筒現場包膠，解決了皮帶打滑問題。冷硫化采用材質致密、彈性好、摩擦系數