大倾角下带式输送机的设计

尚晓磊

（山西晋煤集团坪上煤业，山西晋城 048000）

0 引言

与传统运输机相比，大倾角下带式输送机的应用可以缩短巷道开拓周期，减少基础设施建设成本，促使各个运输装置可以完全发挥自身功能，但也存在物料下滑等缺陷，这些缺陷将会对矿井生产安全造成严重威胁。目前，中国应用广泛带式输送机的下运角为-25°，与国际存在较大区别。由于受到相关原理的影响，当其角度超出25°时，随着该角度的不断增加，其可控性也逐渐降低。如果无法对运带式输送机加以改善，将会造成严重的后果。本文以某矿井为对象进行研究，其所运输的物料大多为矸石，堆积密度为1.8 t/m3，运输距离为153 m，角度最大数值为-31°，运输重量为400 t/h，块度最大数值为300 mm，在国内很少遇见[1]。鉴于此，对大倾角运带式输送机进行合理地研究与设计具有极其重要的意义。

1 大倾角下运带式输送机研发目的

本次设计研发的目的主要是解决大倾角背景下运输机存在的运输问题，例如物料下滑等，为该输送机的正常运行提供可靠依据。所运用的设计思路主要有以下几点。

（1）由于受到矸石滑落及输送角度的影响，因此输送带应当保持16 m/s的运行速度。同时，由于下运带式输送机存在长度过短、功率较低的问题，因此应当选择机尾单传动的方法，同时利用重锤小车将其进行拉紧处理[2]。

（2）为了防止下运带式输送机因矸石的影响而缩短使用期限，应当在卸料部位配置相应的毛刷清扫设备和震动清扫装置，在尾端滚筒周围配置相应的空段清扫装置，如图1所示。

图1 下运带式输送机侧型布置图

（3）分别选用60°的平行托琨组与深槽托琨组作为回程托琨和承载托琨，其深槽托琨的相关参数如表1所示，参数构造如图2所示。

表1 托辊参数表

图2 深槽托辊参数结构图

（4）由于带式输送机的破碎机仅可以处理300 mm的矸石，与宽带相结合进行计算，其结果为800 mm，可以将其宽度设置为1 000 m。图2中的阴影部分与托琨组中产生的堆积截面积极为相近，将其设定为0.16 m2，则倾斜折减系数为：

由式可知，带式输送机所运用的型号为ST800，各参数如表2所示。

表2 ST800型号带式输送机参数表

2 驱动体系与电控体系

2.1 驱动体系

处于满载的背景下，ST800带式输送机存在较大的倾角，较短的长度。假定摩擦因子、附加阻力系数及圆周驱动力分别为0.012、1.58和-55 082.7 N，则传动滚筒轴功率为：

电动机功率为：

式中：kd为电动机备用系数，1.2；η为传动效率，0.98；ξ为电压降系数，0.92；ξd为多机不平衡系数，1。

通过计算可知，电动机的功率为103.2 kW，传动滚筒轴的功率为80.8 kW。

驱动装置所使用的电机为YBBP-315M-4变频电动机，功率为132 kW，同时运用了四象限变频交流器和DTII04A5164 S型传动滚筒[3]。为了使制动具备较强的合理性，运用以下公式计算制定力矩，则：

因此，可以运用相关规格的自冷盘式制动器。

2.2 电控系统

电控系统运行的关键部件为PLC。PLC是电动机转速、电流传感器等电控系统的关键部件，其电控系统如图3所示。

图3 电控系统示意图

（1）电控体系最主要的参数为电动机的转速和带速。在该系统中加设了电动机带速及转速的检测机构，目的在于对这2个参数进行合理转化，促使其形成模拟信号[4]。

（2）配置综保装置的目的在于对输送机的工作状态进行检测，及时找出其中存在的故障，如温度过高、打滑等。

（3）根据相应的比例来对盘式控制器加以控制，使油压维持在0.5～1MPa之间。

3 启、制动控制系统

对于启、制动控制系统而言，应当基于上载荷来区分该系统的运行状态，主要分为电动工况与发电工况。

（1）与传统的输送机相比，电动工况输送机有相同功能，在启动时仅需要松开制动闸。在确保输送带固定不变时，应当与变频器的加速曲线相结合来进行启动。在制动过程中，应当将电动机的转速降低，使其小于1 500 r/min，并将主机电源切断，减小油压，使其逐渐停止运行。

（2）在发电工况背景下，带式输送机大多以满载状态进行运行，此时可以将制动闸慢慢松开，输送带的运行则呈现为下行，通过速度传感器来监测电动机的转速与带速。若转速接近1 500 r/min时，主机方可投入运行。根据发电的实际状况来进行制动操作，促使电动机的转速大于同步转速，应当依据合理的比例来降低油压及阀电流值，从而减小输送带的运行速度。当转速达到1 500 r/min时，可以使控制油压不断降低；当制动速度达到0.1～0.3 m/s2之后，可以停止运行[5]。

4 超速和打滑保护系统

（1）超速保护。若电机出现负载超标的问题时，其转动速度将会持续扩大，形成相应的隐患问题，此时必须及时停载，直至转速恢复正常之后，再继续加载。对于超速Ι（应当将加载所对应的转动速度持续降低），给煤机的电源将会自动切断，在转速恢复正常之后，给煤机的电源将会自动连通。若输送机电机的转动速度接近1 500 r/min时，运式输送带将会出现超载运行的状况，此时应立即停止运行，以上这些工作状况被称为超速II。

（2）打滑保护。由于运输带与托琨之间所形成的摩擦力持续减小，因此这两个设备间将会产生滑动现象，并且托琨所形成的表面线速度应当小于输送带运转所形成的速度，因此产生了打滑I。

一旦产生这种问题，因摩擦力的影响，输送带将会出现磨损，更有甚者会产生严重事故，如瓦斯爆炸等。因此，应当对输送带的运行速度进行合理设置，一旦出现超标问题，给煤机的电力将会自动断开。若因运输带卡死而产生打滑问题，则为打滑Π。这种打滑极易导致撕带问题的产生，一旦产生这种状况，应当及时停止运行[6]。

5 上铺带装置

将上铺带安装到带式输送机上的主要目的是为了对物料进行有效覆盖，同时推动辅助带的运作，避免物料出现滑落，同时应当将运输带与托琨之间所形成的摩擦力加以扩大，避免事故发生[7]。上铺带的构造如图4所示。

图4 上铺带装置结构图

6 应用效果分析

在对大倾角巷道带式输送机进行设计选择时，其关键问题在于处理皮带超速保护、物料下滑及启动与制动控制，由根本上来处理这些问题。该输送机自2017年开始投入使用以来，尚未产生物料下滑的问题，并且具备较好的节能性及可行性，取得了较好的运行效果，充分验证了该方案的有效性[8]。

7 结束语

（1）该煤矿-30°大倾角带式输送机主要是通过对皮带的运行速度加以有效地设置，并在输送机上安装相关设备来解决物料下滑及速度超标的问题。

（2）通过对运行效果加以分析，在常村煤矿的经营生产中，该输送机并未产生物料下滑的问题，具有较好的节能性和可行性。