陈国强

（徐矿集团天山矿业有限责任公司，新疆 库车 842000）

0 概述

徐矿集团天山矿业公司俄霍布拉克煤矿，是徐矿集团早期援疆项目，矿井工业储量为10.5亿t，原设计生产能力为90万t/a，自2002年开工以来，随着南疆经济发展，市场对煤炭的需求扩大，矿井不断改扩建，产量年年翻番，目前产能为400万t/a,远景产能1000万t/a。随着产能倍增，原主井皮带机速度低、带宽窄、运能小，功率低，成为生产制约瓶颈。因此选用主参数更大、技术先进、性能可靠的长距离、大运量、大功率的带式输送机，是企业提升产能，加快发展的迫切需要。

1 参数和机型确定

1.1 参数确定

年生产能力 1000万t，年生产天数：300d，每天生产时间：15h。则：小时产量=年生产能力/年生产天数×每天生产时间=10000000/300×14=2222（t/h），考虑峰时产量，提升运量按每小时 2300t。 根据巷道宽4.8m，巷道一侧预留安装架空乘人装置的空间，确定选用1.6m宽胶带。

1.2 机型确定

根据多年矿井运用皮带机的经验，集中DTⅡ（A）型和DX型钢绳芯带式输送机优点，决定将DTL型皮带机作为研制主井原煤运输提升设备。该型带式输送机属于高强度带式输送机，适用于散状物料大运量和长距离的运输。

2 整机主要组成

整部带式输送机主要有驱动装置、卸载传动架、张紧车、滚筒、托辊、中间架、支腿、胶带、逆止器、制动闸、电气控制系统等组成。

3 设计计算

3.1 已知参数

（1）输送倾角 α=16°；（2）输送长度（斜长）：L斜=1491m；（3）输送量：Q=2300t/h；（4）输送物料：原煤 ρ=20°,γ=1t/h；（5）物料最大块度：Xmax=0.300m；（6）输送机简图如1所示。

图1 输送机结构简图

3.2 主要参数的确定

1）初选带速 V=5.0m/s,初选带宽B=1600mm，Q=3.6Svkρ=3.6X0.28X5X0.89X1000=4485.6t/h＞2300t/h，满足要求。式中：Q——输送量；S——物料的最大截面积㎡；V——带速m/S；ρ——堆积密度㎏/m3；K——倾斜系数K=0.89。

2）按输送块度验算：

初选带宽：B=1600mm＞2X300+200=800mm，选ST3500S钢丝绳芯阻燃输送带，每米带重：qB=69.28kg/m。

3）承载分支选用3个φ194×600标准托辊组，其单位长度旋转部分重量：qRO=45.2kg/m，上托辊组布置间距：Itz=1.2m；回空分支平托辊组选用1个φ194×1800标准托辊，单位长度旋转部分重量：qRU=18kg/m，下托辊组布置间距：Itk=3m。

3.3 传动滚筒圆周力和轴功率计算

1）圆周力计算

胶带输送机所输送物料单位长度质量：

qG=Q/(3.6×V)=2300/(3.6×5.0)=127.78kg/m

取运行阻力系数：f=0.03；附加阻力系数：Cn=1.04。

圆周力FU

2）轴功率P

3）电机功率Pd

Pd=Kd×P/(ξ×ξd×η)=1.2×3265/(0.9×0.90×0.9)=5374.5kW， 式中，Kd——功率备用系数，取K=1.2；ξ——电压降系数，取 ξ=0.9；ξd——多机功率不平衡系数，取ξd=0.9；η——传动效率取η=0.9，选择双滚筒双电机传动，单机功率1500kW，总功率6000kW。

3.4 输送带各点张力计算

1）输送带不打滑条件校核：

F2（S1）MIN≥FUmax/（eμψ-1）

FUmax=KA*FU=1.5X653077.25(N)=979616（N）。

传动滚筒围包角：ψ=200°+200°；传动滚筒和输送带之间的摩擦系数：μ=0.35；F2（S1）MIN≥979616/（11.56-1）=92767（N）。

2）输送带下垂度校核：

F承MIN≥a0（qB＋qG)g/8X0.01=1.2X（69.28+127.78）X9.8/0.08=28967（N）；

F承MIN≥aUqBg/8X0.01=3X69.28X9.8/0.08=25460（N）。

3）各特性点张力计算：

①根据不打滑条件，传动滚筒奔离点最小张力为92767（N）

S3min≥S2min－FⅡ=187883－172244=15639(N)。

②按垂度条件：

承载分支：

S5min≥[50 ×(q0＋q)×g ×ltz×cosα]/8=[50 ×(79.86 ＋54.24)×9.8 ×1.2 ×cos14.5]/8=9542.4(N)

回空分支：

S4min≥[50×q0×g×Itk×cos?]/8=[50×54.24×9.8×3×cos14.5°]/8=9649.14(N)

所以，按垂度条件应满足：S4min=S5min≥9649.14(N)。

4）回空段上总运行阻力

F3=FH3＋FSt3

FH3=f×L×g×(qtk＋q0×cos?)＋g×q0×H3－4=0.03×1310×9.81×(31.52/3＋54.24×cos14.5°)=24263.82(N)

FSt3=g×q0×H3=9.8×54.24×(－1310×sin14.5°)=－174348(N)

F3=－150084(N)

S3min=S4min-F3

≥9649+150084=159733(N)

比较以上计算，取S3=159733(N)。

5）根据逐点计算法

S4=S3+F3=159733-150084=9649（N）

Smax=S1=S3+F=159733+344488=504221.2(N)

S1-S2=S2-S3

S2=(S1+S3)/2=331977(N)。

3.5 胶带强度校核

1）胶带许用安全系数[m]：

[m]=m0×Ka×Cw/η0=3.0×1.2×1.8/0.9=7.2

式中，m0——基本安全系数，取3.0；Ka——动载荷系数为1.2；Cw——附加弯曲身长折算系数为1.8；η0——接头效率，取0.9。

2）胶带实际安全系数：

m=Sn/Smax=4116000/504221=8.16＞[m]=7.2，Sn 胶带破断力，合格。

3.6 拉紧力和拉紧行程确定

1）拉紧力 T：T=2×S4=2×9649=19298（N）

2）拉紧行程 l：l=L×(ε+εt)+ln=1310(0.0025+0.001)+(3.5+1)=9m，

式中，L——胶带机总长为1310m；ε——胶带弹性绳长率和永久伸长率为0.0025；εt——胶带载托辊组之间垂度率为0.001；ln——一个接头长度再加1m；根据计算，选取拉紧行程为12m。

3.7 逆止力及逆止力矩

1）逆止力

FBN≥1.5（FStmax-FHmin）

FHmin=flg[qt+(2q0+q)cosβ]=0.02×1310×9.8×[36.83+（2×54.24+79.86）cos14.5°]=70343（N）

FStmax=gqH=9.8×79.86×1310×sin14.5°=256700(N)

∴ FBN≥1.5×（256700-70343）=279535.6（N）。

2）逆止力矩

FBN×1.6/2=224（kN·m）。

3.8 滚筒直径

1）传动滚筒直径

D≥C0δ=150×0.00918=1.9（m），(其中 C0=150，δ=0.00918)

2）改向滚筒的直径

3.9 各滚筒合力

1）F合Ⅰ=S1+S2=504221+331977=836198（N）≈384t

2）F合Ⅱ=S2+S3=331977+159733=491710N≈49t

3）F合Ⅲ≈2S3=320000N=32t

4）F合Ⅳ=T=2S=19298N≈2t

5）F合Ⅴ=113.7kN≈11.4t

3.10 卸载滚筒筒皮厚度计算

3.11 卸载滚筒轴的校核

计算参数 B=1600，V=5m/s,F合I=1700kN，

轴承中心距 L=185cm，滚筒直径D=1600,受力如图2所示。

图2 卸载滚筒受力图

1）根据轮处转角确定d0

其中E弹性摸量=2.1×106，取d0=36cm

2）根据轴承处的转角选d1

3）轴的强度计算、校核d0处的弯曲应力[δ]=500kg/cm24）轴的钢度计算

3.12 滚动轴承的选择计算

fT：温度系数 fT=1，工作温度 T≤100℃

fh：速度系数 fh=0.896

fh：寿命系数 fh=3.98，按Ln=50000小时

fF：负荷系数 fF=1.3，轻型冲击

选 SKF 23288cA/w33，动负荷11400kN，静负荷9700kN。

4 主要技术特征参数确定

根据上述计算确定该皮带机型号DTL160/230/4×1500S。参数如下：（1）输送量 2300t/h；（2）输送长度 1491m；（3）胶带速度 5m/s；（4）输送机倾角16°；（5）传动滚筒直径 φ2000mm；（6）改向滚筒直径 φ1800，φ1600；（7）托辊直径 φ194mm；（8）输送带规格 ST3500 带宽1600mm；（9）主电机型号 Z710-400，功率 4×1500kW，转速 680r/mim，电压 750 V；（10） 减速器型号：ML2PSF140， 速比 i=14；（11） 盘型制动器型号KPZ-III-1800/258.7；（12）逆止器型号：DSN1000，逆止力矩 330kN.m；（13）张紧装置：机尾重锤车。

5 卸载架传动的校核

从图1和以上计算可以看出，机头架即作为卸载架也作为传动架之一，受力是整部输送机中结构受力最大的，合张力达近85t。其受力已超过DX型定型部件的最高值。结合多年的设计经验和机架受力设计绘制出新的卸载传动架图。由于钢结构的强度及钢度校核是一项很复杂的计算进行机架强度及钢度校核，委托中国矿业大学，运用最新的ANSYS软件技术，对机架进行了静力分析，得到机架应力及位移大小，从而进行了科学可靠的强度及钢度校核。根据分析报告和提出的改进措施，做了改进，使得机架结构更合理，强度更高。

6 改进型元部件的选用

在设计过程中，不仅对受力较大的主要元部件进行计算、验算、校核、选型，同时对所需选用的所有元部件，都从性能、强度、寿命、方便安装、维修等方面考虑，反复比较，更科学合理的选用，使整机性能更优良。

在两个主传动滚筒上安装了测速编码器，配合PLC控制的使用，对整机进行动态监测与监控。让每个元部件都方便安装和维修，提高安全可靠性，延长使用寿命。在滚筒与减速器之间的联轴器上采用了胀紧联结套联接，克服了传统的键联接可能出现的滚键现象，大大提高了减速器和滚筒使用寿命，而且拆装相当方便，减小了安装和维修的劳动强度，节省了安装时间，同时使大扭矩传递时更可靠。

为了提高安装精度，将电机、减速器、制动器置于一个整底座，使得整个驱动与传动滚筒联接同心度更高，安装更方便。在电机与减速器的联接上，选用了蛇形弹簧联轴器，其是在两半联轴器的凸缘上加工出特定形状的齿，齿槽之间嵌有弯曲的弹簧片，工作时，通过弹簧片传递转矩，其外形尺寸小，减震效果好，性能更可靠。

7 应用效果分析

该机于2013年8月俄霍布拉克煤矿主斜井顺利安装、调试，经过空载运行、负载运行，正式投入生产，通过对该机测试，各项性能参数均达到设计要求，同时由于选用了性能稳定的调压直流电机软启动，可以能很好地控制起动加速度使得整机启动、运行平稳，无冲击；虽然带速达到每秒5m，该机在轻载、半载和满载时，无论是起动、运行、制动、静止状态，都能使物料在输送带上保持稳态运行；制动和逆止动作灵敏可靠；滚筒托辊运转灵活；受力近百吨的卸载架结实稳固；控制系统操作方便；各种保护运行正常，实现了大功率的带式输送机运输。目前已实现运输原煤30000t/d,为实现1000万t/a的生产能力提供了运输保证。