带式输送机的优化设计及合理选型探究

2015年18

期

0.引言

带式输送机作为煤矿生产的主要运输设备，广泛用于采区顺槽、主要运输平巷采区上（下）山以及斜井等，在地面运输系统中也有所实用。带式输送机结构简单、系统平稳可靠的优点，是井下机械化和自动化作业的重要环节，其安全、高效的运行对于保障煤矿安全生产和提高煤矿经济效益具有重要作用。前人对带式输送机的传动机理、制造技术、及运转特性进行了较多的研究,但对其设计制造成本、运行费用等方面研究较少。本人通过对影响带式输送机输送能力的主要经济技术因素进行分析，对带式输送机进行优化设计及合理选型。

1.主要参数选择及优化

1.1带宽和带速的选择

输送带宽度和输送速度是带式输送机的2个重要参数，在选型设计需要综合考虑生产的需要、设备的经济性和运行的可靠性。增大带宽可以提高输送机的运量，但需要选用较长的辊子，经济成本偏大；提高带速可以降低单位运输长度质量，减轻输送带强度，整机经济型较好，但输送机运行的稳定性会降低。带式输送机带宽和带速的选择主要取决于它的预期输送能力。

Q=3600Avγk（1）

式中A-输送带上物料的最大横断面积，m2

V-输送带的运行速度，m/s；

γ-物料的松散密度，t/m3；

k-输送机的倾斜系数。

由式（1）可知，输送带的带宽和它的运行速度决定了带式输送机的输送能力。在满足输送能力的前提下有多种带宽与带速匹配，所以，最佳的带宽和带速的匹配要综合考虑物料的最大块度、使用场合、用途等各种因素进行选择。

一般来讲，带宽大不仅增加了输送带重量，还会使整机偏重，生产成本也会相应的提高。根据煤矿现场实际使用经验，对于无定量给煤装置瞬时生产率不均衡的采区顺槽带式输送机，以及多点受料的主运输巷带式输送机，可适当加大带宽，对于有定量给煤装置及块度均匀的带式输送机，应适当提高带速，如：主井提升运输带式输送机。

对于长距离带式输送机的制造成本应以小带宽与高带速相匹配较为经济合理。但选用高带速时，输送距离应在1km以上。因为如果输送距离较短，输送机在单位时间内往返次数多，胶带磨损程度随之增大，故高带速不宜在短距离带式输送机上使用。

1.2电机功率的确定

带式输送机电机功率的计算主要考虑托辊的旋转阻力、输送带的前进阻力、倾斜阻力和附加阻力等。在长距离运输的带式输送机选型计算时可忽略附加阻力。在电机功率计算中，托辊运行阻力系数和功率备用系数的取值是关键，如果取值不当会造成带式输送机不能正常运行。对于煤矿井下长距离运输的带式输送机平形托辊阻力系数取值在0.025～0.035，槽形托辊阻力系数取值在0.035～0.040，槽形角越大、工作环境越潮湿、粉尘大的场合取大值。对于功率备用系数的选取，在频繁重载启机或多滚筒驱动的带式输送机，功率备用系数要取偏大值，以防频繁压死机或重载启动不起来。

2.托辊的选择

托辊是带式输送机使用过程中最多的易损部件，托辊的合理选择，将直接影响带式输送机运行的可靠性和运行维护费用的变化。我国以前设计的带速偏低（1.8～2.5m/s），托辊的选择主要以带宽为依据。随着带式输送机运输能力的增加和带速的不断提高，单纯以带宽因素确定托辊直径，在实际使用中暴露了问题，主要表现为以下三点：

（1）带速越高，托辊的转速就越大，高速旋转增大了托辊体的动不平衡，使轴承寿命大幅度缩短而导致托辊损坏。

（2）加工精度的原因，托辊轴存在同轴度偏差的问题，在托辊运行中产生附加力造成轴承损坏。

（3）运输能力的提升，单位长度承载量增大，在运行中产生较大的冲击力，使托辊轴承及托辊连接件损坏。

带速与托辊转速的关系式为:

n=30v

πr

（2）

（2）式表明带速越高托辊转速越大。带式输送机设计标准规定,托辊辊子应用转速不应超过750rmin,为提高设备可靠性和使用寿命,多数带式输送机设计手册推荐托辊转速不应超过600rmin,因此当一种直径的辊子转速超过600rmin时,就应选高一级别的辊子,致使设备投资和运行阻力加大。所以，在高带速的情况下，应主要依据带速选择合理的托辊尺寸。

3.驱动方式的选择

带式输送机常用的输送方式有电动滚筒驱动系统、液力耦合器、电磁软启动器、变频调速驱动装置等，带式输送机的驱动方式直接影响输送机的启动性能和机械系统的使用寿命，下面对带式输送机的不同驱动方式的适用性进行详述：

（1）电动滚筒驱动系统:该方式是由电动机直接驱动带有减速机构的滚筒的驱动方式，电动滚筒拖动结构紧凑、外形尺寸小，适用于2.2～55kW的小功率、短运距的带式输送机。

（2）液力耦合器:液力耦合器作为近似软启动装置较广泛地应用，它主要是依靠耦合器的泵轮和涡轮之间液体动量的变化来传递扭矩，由于不存在刚性连接，启动过程比较平稳，有效地减缓了机械冲击，不仅能保护电机过载，而且还能充分地利用电机最大力矩启动负载，传递功率适应范围大、投资少。但液力耦合器传动效率低、设备体积大、机械故障率高、滑差功率损耗大、启动电流大；在多电机拖动时，存在功率分配不均衡，同步控制困难等缺点。随着其他电控软启动器的发展，液力耦合器的使用呈下降趋势。

（3）电磁软启动器:该软启动装置集电机软启动控制器与磁力启动器为一体，采用了PLC微处理器和电力电子控制技术，在软启动器主回路采用三对反并联可控硅，利用全数字控制调压启动，来完成电机端电压、电流的控制，从而实现电机的软启动。这种启动装置保护功能齐全，能自我诊断，能实现电机限流软启动和软停车。减少对电网冲击和最大限度消除机械冲击。目前，此项技术比较成熟，设备价格适中，现广泛使用在交流660V和1140V、400kW以下的中小功率电机的软启动。从煤矿开采设备技术发展的趋势分析，电磁软启动器的使用已呈上升趋势。

（4）变频调速驱动装置:变频调速驱动装置是新兴的煤矿电机驱动技术，仍处在发展阶段。它能通过改变频率而控制带式输送机的运行速度，在多电机驱动方式时，变频器采用了主/从控制模式，主变频器按照主电机驱动要求进行速度控制，同时将数据输出作为从变频器给定的参照值，来控制从变频器的输出，很好地解决了多电机驱动的转矩和功率的平衡问题。

目前，对于防爆变频器只有低压变频，单机最大控制功率为500kW。而非防爆变频器，高、中、低压变频器都有，品种较齐全，控制功率范围广，小到几kW大到几千kW。并且可以根据需要改变带式输送机的运行速度，在新建和技术改造的煤矿中广泛地用在主提升带式输送机系统和地面选煤系统中，它可以随时根据生产产量来调节运行速度，以节约运行成本。随着变频技术的发展和成熟，以其启制动性能、高效率、节能和高性价比等优点，必将得到更（下转第279页）

带式输送机的优化设计及合理选型探究

姜锦彭金玲

（山东省鑫国煤电有限责任公司山东肥城271613）

【摘要】通过分析影响带式输送机输送能力的主要经济技术因素，如带速、带宽、驱动方式等，具体论述了在带式输送机在选型和使用过程中应注意的问题，研究对于矿井安全、高效生产具有重要意义。

【关键词】带式输送机；优化设计；合理选型

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