矿用带式输送机的改进设计研究

矿用带式输送机的改进设计研究
赵剑锋
【摘要】作为煤矿井下运输物料的关键机械设备之一,带式输送机运行的安全及稳定对煤矿生产起着关键性的作用.针对目前带式输送机系统运行中存在的一些问题,
需要进一步对防爆变频控制、液压张紧系统和传送带选材等方面进行改进,改进后
的带式输送机有效地提高了煤矿生产的技术及经济效益.
【期刊名称】《煤矿现代化》
【年(卷),期】2018(000)006
【总页数】3页(P141-143)
【关键词】带式输送机;防爆变频控制;拉紧系统;传送带
【作者】赵剑锋
【作者单位】山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿, 山西兴县 033602
【正文语种】中文
【中图分类】TD63+4.1
1 引言
带式输送机是煤矿井下输送物料的重要设备之一，现阶段带式输送机在煤矿中的最大运载速度超过10m/s，最大载重到30000t/h，设计的传送带最大宽度达到4m，单个带式输送机的最大容量可到6200KW，极大的提高了矿井生产的效率，同时
也提高了煤矿的经济效益。

通过带式输送机在井下运行效果总结，其在变频软启动
控制、自动张紧控制及传送带选材等方面依旧存在一些问题，这些问题不利于矿井生产的顺利进行。

通常带式输送机传送带采用PVG整芯阻燃带，该种传送带的优点在于伸长效果好，启动时的响应速度不超过10s，属于启动速度较快的软启动机械设备，然而会给张紧系统快速响应带来一定程度的不利因素，导致张紧力不能满足生产运行的需要，针对上述情况，可通过采取变频控制措施，以实现在快速响应的同时满足张紧力的要求。

本文是针对带式输送机所出现的问题进行的改进，包括防爆变频、张紧结构和传送带选材等的改进，最后达到提高带式输送机的运行效率。

2 对防爆变频控制的分析
2.1 防爆变频控制机理
防爆变频控制的原理是通过矢量控制的方法实现电动机的无极调速功能。

通过在带式输送机驱动电机处安装速度传感器，以此来确保能够可靠及准确的进行速度调节，但由于矿井生产环境恶劣，在进行传感器安装时经常会出现各种不利因素导致安装困难，同时会造成设备在后期的运行维护成本增加。

假使由其他传感器（例如无速度传感器）代替速度传感器来精准的显示速度，则可对上述问题起到一定的改进作用。

其中无速度传感器属于矢量控制元件，通过驱动电机将励磁电流、转矩电流等转化成速度及转矩参数，在异步电动机中被广泛应用且效果良好，在较低工作频率情况下实现高精度监测，控制系统可靠性高。

本文通过在带式输送机内增设ZJT系列防爆变频器作为核心控制元件，其中控制
元件的电路系统采用两部分的3300VD400A模块，可实现两倍转矩的启动能力，以此来提高其运转时的效率和能够较好的适用于矿井内恶劣多变的环境。

2.2 防爆变频控制下的应用
在防爆变频控制的情况下，带式输送机的特征为：软启动的缓冲、低频重载下启动、低速情况下对传送带检验、调节功率的平衡。

（1）软启动的缓冲。

其中软启动功能能够确保带式输送机长时间的运转。

在防爆变频的控制下，不仅可较好的调节其启动及停车时的速度及转矩，而且可减小设备构件所受到的传送带对其产生的冲击载荷，减缓电流突变对电网的冲击。

为了防止过载情况的发生，传送带通常采用的是柔性材料，其具有储存机械能的功能，且能够通过变频控制控制机械能的释放。

本文提出了采用S型加减速启动，用以与传送带的此性能所匹配，可使启动或者停车的缓冲效果更好。

（2）低频重载下启动。

煤矿上带式输送机在运输物料的过程中，会出现短时间内启动和停车的情况。

由于短时间内的启动和停车使得应力变化较大，导致传送带断裂，所以一般情况下最好是在空载下进行启动。

然而在防爆变频控制的情况下，能够进行低频重载下启动，其中低频重载下的启动主要是通过在无速度传感器矢量控制下，使得低频率运转下进行高转矩的启动，极大的减少了启动的时间。

（3）低速情况下对传送带的检验。

随着运行时间的增长，传送带在重载负荷作用下会发生严重的损坏，属于易失效部件，因而需要加强检修维护工作，其中传送带在低速的情况下检查是一项非常重要的步骤。

然而在无极变频调速的作用下可实现长时间各种低速情况下的检查维修。

（4）调节功率的平衡。

大型带式输送机通常采用多个电动机进行驱动，为了确保多个电动机之间功率的平衡，需对每个电动机之间的同步特定处理。

在带式输送机启动或者停车时，每个电动机之间相互响应的时间差必须相当小，且如果其中的一台电动机出现问题时不会影响到其他电动机的正常工作。

鉴于此，本文通过定义变频器的速度，控制其速度，然后对不同电动机速度差进行调节，这样就可以非常容易的调节各个电动机的电流特性，最后使其达到平衡。

2.3 变频控制系统的改进
依据长期的经验总结及结合矿井的生产环境，对防爆变频控制系统进行了改进。

（1）对驱动处电动机及减速器的改进。

为了易于装配，将异步电动机和减速器之
间的液力耦合器去除，改造成有弹性的蛇形弹簧联轴器。

然后将减速器的底盘去除，采用焊接方式改造成固定的电机座，并用水泥浇筑固定，然后用螺栓安装固定。

（2）对电动机选用布置改进。

将普通的异步三相电动机改用为可变频的异步三相电动机，这样大大提高了电动机的最大扭矩和使用寿命。

带式输送机驱动滚筒处的4台异步电动机的额定电压均为1140V，且采用三用一备模式，即当有一台出现
故障时，可以直接将这一台故障机切除，其余3台可满足运行要求。

3 液压拉紧系统的改进
3.1 对拉紧系统的简要分析
带式输送机的拉紧方式分为固定式及移动式。

其中，固定式拉紧包括螺旋拉紧和钢丝绳滚筒拉紧等。

移动式拉紧包括绞车拉紧、重力拉紧及自动拉紧等。

以下是对常见拉紧方式的分析。

（1）重力拉紧方式。

在带式输送机中最广泛应用的拉紧方式是重力拉紧方式，其结构最为简单。

其主要是利用重锤的自重进行自动拉紧，不需要外界的驱动力，因此其可确保拉紧力在各种工作情况下都能保持恒定不变，能自动补偿传送带的伸长。

其主要应用于固定式长距离运输机，优点在于具有较高的可靠性，缺点在于拉紧力是恒定的，适用于较大的空间，较小的空间内无法使用。

（2）固定绞车拉紧方式。

固定绞车拉紧方式是利用小型绞车来拉紧，绞车通常采用蜗轮蜗杆减速器带动某个小滚筒，小滚筒上缠绕这钢绳，工作时由钢绳拉紧传送带。

其主要应用于矿井下带式输送机，优点在于能够适用于较小的空间，拉紧力较大，效率高，缺点在于拉紧力不能自动调节，且当绞车及控制系统出现故障时，拉紧力失效，可靠性较低。

3.2 对拉紧系统的改进分析
通过对上述几种拉紧方式的工作原理分析，以上拉紧方式中的张紧力都没办法自动调节。

而对于负荷大距离长的输送机则会出现传送带滑落的情况，严重影响到连续
的启动及停车。

鉴于此，本文提出了一种自动张紧系统的改进办法。

3.3 对液压自动拉紧系统改进
带式输送机的传送带拉紧力的调节：首先带式输送机启动时，需对其提供较大的拉紧力，当工作平稳后拉紧力需调节到正常大小。

然后带式输送机在正常工作的过程中，拉紧力随着载荷变化可自动进行调节，使得拉紧力一直处于额定的值。

随着带式输送机工作过程中载荷在不停地变化，传送带张紧力的大小也随着变化，以至于造成传送带打滑或者断裂的问题。

因此需要随时调节张紧力的大小。

为了缓冲带式输送机中传送带内所存储及释放的机械能量对滚筒的损坏，在拉紧装置中增加蓄能器，以此来调节拉紧力处于额定的值，避免传送带波动。

如图1为带式输送机液压自动拉紧系统的改进结构示意图，此改进主要是在固定绞车拉紧装置基础上改进。

电动机带动定量泵向拉紧油缸前腔充油，油缸活塞杆产生拉紧力，通过溢流阀控制拉紧力大小。

若带式输送机正常运转，而油泵电动机停止运行，则利用蓄能器来稳定拉紧力。

如果系统压力不在所设定的范围内时，由压力继电器来判定压力的值从而得出处油泵电动机的运行情况。

图1 带式输送机液压自动拉紧系统的改进结构示意图
4 传送带选材的改进
4.1 常见传送带选材分析
通常带式输送机中的传送带采用的是柔性材料。

传送带内的材质分为织物层芯及钢丝绳芯。

织物层芯又可为分层织物层芯和整体编织织物层芯。

其中，整体编织织物层芯优点在于强度和柔韧性高，缺点在于当伸长率较大时，易跑偏；通常钢丝绳芯则是柔性较好的微细钢丝，纵向的抗拉强度较高及延伸率较小。

4.2 对传送带内材料的优化
长期工作经验可知，钢丝绳芯传送带在长期运转后，传送带被磨的露出钢丝绳芯，钢丝绳芯露出在空气中时，不仅出现氧化现象，而且也加快了磨损，最后造成疲劳
磨损及断裂的情况，以至于发生安全事故。

选用整芯皮带比起钢丝绳芯其耐磨、强度、韧性及抗疲劳性能都更高。

经过研究发现，该类型的传送带质量和功耗都较小，更易于安装，但是所需的拉紧行程更大。

其在张紧方面可以满足改进后的自动张紧系统。

5 结论
通过对带式输送机系统的改进，使其在何种工作环境下进行启动或停车，都能够有较好的安全性及稳定性，且更加适用于负荷大、距离远及功率大的带式输送机。

通过对防爆变频控制、自动拉紧系统及传送带选材的改进，来提高带式输送机的工作效率，且此种改进的成本低，后期维护维修费用少，具有较好的经济效益。

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