煤矿综采工作面带式输送机的选型设计

李永辉

（汾西矿业两渡煤业， 山西 灵石 031302）

1 设计依据

煤矿井生产能力为0.76 Mt/年；年工作日为276天；日运行为18 h。

带式输送机运输能力：

式中：Q为带式输送机运输能力，t/h；A为采区平均年产量，取0.76 Mt/年；K1为采区运输不均衡系数，取1.2；K2为采区运输富余系数，取1；M为年工作日数，276天；N为日运行小时数，取18 h/天。

将数据代入公式（1）得：Q≥238.6 t/h。

考虑井下运输的不平衡性，以及掘进面出煤量，确定带式输送机运输能力为250 t/h。

2 选型计算

2.1 圆周驱动力的计算

1）物料提升阻力：

式中：qG为每米输送物料质量，取27.78 kg/m；H为提升高度，取19 m；g为重力加速度，取10 m/s2。

将数据代入公式（2）得：Fst=5 182.62 N。

2）主要阻力：

式中：qB每米输送带质量，取13.300 kg/m；β为巷道倾角，取0°～11°；qRO为每米承载托辊转动质量，取10.475 kg/m；qRU为每米回程托辊转动质量，取4.007 kg/m；f为摩擦系数，取0.012；L为带式输送机机长，取205 m；g为重力加速度，取10 m/s2。

将数据代入公式（3）得：FH=4 140.70 N。

3）圆周驱动力（总阻力）：

式中：FH为主要阻力，取4 140.70 N；Fst为输送机提升阻力，取5 182.62 N；FS为附加阻力（由于皮带清扫器等辅助部件造成的附加阻力取5 000～10 000 N，此处取6000N）。将数据代入公式（4）得Fu=15323.32 N。

2.2 功率计算

1）带式输送机工作状态下的总轴功率：

式中：V为带式输送机运行速度，取2.5 m/s。

将数据代入公式（5）得：PA=38.96 kW。

2）带式输送机所需电机功率：

式中：η为总传动效率，取0.86。

将数据代入公式（6）得：PM=45.30 kW。

选用功率为75 kW的电机一台，满足设计要求。

2.3 输送带张力计算

本带式输送机的传动方式为单滚筒单电机，功率配比确定为1∶1并且确定传动滚筒围包角α＝200°。

第一传动滚筒绕出点胶带张力：

式中：q为每米运料重量，取27.78 kg/m；qd为胶带每米重量，取10.8 kg/m；lg为皮带长度，取205 m；β为运输倾斜角，取0～11°；g为重力加速度，取10 m/s2。将数据代入公式（7）得：Tta=11 373 N。

尾部滚筒绕入点胶带张力Twa=1.04Tta=11 828 N。

尾部滚筒绕出点胶带张力Twb=1.04Twa=12301N。

第一传动滚筒绕入点胶带张力Tt=Tta+Twb=23674N。

不打滑条件验算：

式中：e为自然对数的底，取2.72；μ传动滚筒摩擦系数，取0.30；α为传动滚筒围包角，取200°。

垂度条件验算：

上分支允许最小张力Tmins=6 044.92 N≤Twb；

下分支允许最小张力Tminx=4 892.74 N≤Tta。

可见张力满足要求。

输送带安全系数验算：

式中：B为带式输送机带宽，取1 000 mm；ST皮带所受拉力为，取6 800 N；Tt为第一传动滚筒绕入点胶带张力，2 3674 N。

将数据代入公式（9）得：n＝25.22。

安全系数n=25.22满足《带式输送机工程设计规范》GB50431—2008中的规定。

2.4 驱动装置的选择

目前，在井下带式输送机上具有可控起动/制动功能的传动装置主要有CST可控起动/制动驱动系统、调速型液力偶合器、高速防爆变频驱动、软启动装置等。由于目前国产矿用隔爆型变频器在功率等级大于400 kW后，受功率器件规格以及散热条件的限制，其性能尚不稳定，难以满足大型带式输送机的使用要求，而国外的大功率矿用隔爆型变频器价格又太高，备品备件的供应渠道环节多，周期长，最大功率只到500 kW。软启动装置的优点在于其能够很好的保护电机，使得受到的初始电流、初始电压的冲击大大减小；它能够缩短电机启动的时间，降低对其他设备、供电电网的影响。故本次设计选用软启动装置。

2.5 拉紧力的计算

式中：Tta为第一传动滚筒绕出点胶带张力，取11373N。

将数据代入公式（10）得：TL=22.7 kN。

选择自动液压拉紧装置一套JZB-0.3，最大拉力60 kN，7.5 kW，660 V，防爆符合要求。

2.6 逆止器参数的计算

1）需要的逆止力矩：

式中：D为传动滚筒直径，取800 mm。

将数据代入公式（11）得：ML=1 198.94 N·m。

传动滚筒轴上逆止装置的额定逆止力矩：

式中：k2为逆止装置工况系数，取2。

将数据代入公式（12）得：M=2397.88 N·m。

选择的减速器里带有逆止器，逆止器的额定逆止力矩为3 500 N·m。满足在逆止器装置之间不能均衡受力的情况下，逆止装置的逆止力矩大于整机所需逆止力矩的要求。

2.7 制动器选择计算

1）安全制动时所需的制动力矩：

式中：FL皮带张力，取3 855 N。

将数据代入公式（13）得：MZ=3 083.48 N·m。

选用YWZ5250型电力液压制动器，作用在高速联轴器上，一台制动器产生的制动力矩：140～315N·m。

2）单台制动器低速轴产生制动力矩：

式中：i为减速机齿轮传动比，取25；MB为制动力矩，取140。

将数据代入公式（14）得：3500N·m＞3083.48N·m。

单台制动器能满足制动要求。

2.8 装料断面输送能力校核

式中：S为胶带上物料横截面积，取0.122 7 m2（运行堆积角α=25°）；V为带式输送机运行速度，取2.5 m/s；K为输送机倾角系数，取 0.93（最大倾角α=11°）；ρ为物料松散密度，取 900 kg/m3。

将数据代入公式（15）得：QO=924 t/h＞Q，所选输送机带宽、带速满足设计要求。

3 结语

带式输送机是矿井主要运输中最重要的环节，带式输送机具有输送能力强、输送距离远、结构简单、易于维护、能方便地实现程序化控制和自动化操作等优点。该运输方式适应井下巷道能力强、设备操作简单、投资合适，是近年来井下运输系统的主要选择。