大功率大运量可伸缩带式输送机的研制

武永刚

(西山煤电(集团)有限责任公司 机电厂，山西 太原 030053)

伸缩带式输送机是煤矿井下顺槽运输的主要设备，DSJ160/350/G3X500+3×500可伸缩带式输送机是以千万吨级矿井综采顺槽运输为基础条件设计制造的。

在研究目前国内先进带式输送机的基础上，对带宽1 600 mm，长度为3 200 m的带式输送机从安装、调试、试运转、正常运行进行长时间跟踪，并向用户征求使用过程中存在不合理之处，结合长期制造带式输送机的实践经验，DSJ160/350/G3X500+3×500可伸缩带式输送机进行了理论研究和实体设计。

1 理论研究

1)主要技术指标。

带宽:1 600 mm

运输能力:3 500 t/h

带速:4 m/s

托辊直径:d159 mm

总驱动功率:6×500 kW

机头驱动功率:3×500 kW

中间驱动功率:3×500 kW

电源电压:1 140/666 V

输送机铺设长度:4 200 m

储带形式:6层储带

储带长度:200 m

胶带:PVG2000S

2)动态分析。

动态分析是目前国际上长距离大运量带式输送机研究和发展的方向，它是以胶带的黏弹性理论为基础，对胶带机启动、正常运行、正常停机及紧急制动等条件工况下胶带动态受力进行分析，找到胶带机的最佳设计方案。

输送机采用头部和中部各三驱动(3×500+3×500 kW);采取两级制动:正常制动时停车无需使用刹车，通过调节变频驱动实现平稳停车。在失电和其它紧急情况下，使用电液块式制动器实现紧急停车。正常和紧急制动时胶带在头部和尾部滚筒上的张力比符合要求，不会打滑。

满载正常制动时间55 s，紧急制动时间16 s。空载正常制动时间55 s，紧急制动时间20 s。其它工况下正常制动时间在55 s左右，但是紧急制动时间有差别。

控制启动和停机过程能够满足使用要求，在正常工作条件下可采用这种工作方式;驱动滚筒的启动顺序为:头部双驱动滚筒、头部单驱动滚筒、中间驱动滚筒。

输送带最大张力出现在满载启动工况，最大张力点在输送机头部。

一般自由停机工况出现在断电状态，在设计中需要考虑这一工况。计算表明，在满载情况下，自由停机时，输送带张力分布不会出现低张力问题。

3)共振分析。

高带速除了给托辊、启动/制动带来更高的要求之外，在设计时还需要考虑输送带和支架/托辊之间的共振问题。共振产生的原因是输送带的自然频率和支架/托辊的自然频率之比为整数值。这种共振在零点几个赫兹或几个赫兹的低频段，对输送机的结构疲劳性能和物料在输送带上的分布，都有不良的影响。高带速、托辊支架低刚度下产生的共振，使得物料偏聚成一个个小丘。

经计算分析:采用提高托辊架刚度防止在高带速情况下共振的发生。

4)有限元分析。

有限元分析是重型滚筒及承载机架设计的重要依据，西山机电厂与太原科技大学合作，对滚筒及机架进行有限元分析。

5)自动涨紧装置。

该自动张紧装置采用变频绞车，是一个集机电液于一体的自动张紧装置，即采用电机驱动、机械减速、变频调速、电液控制。

该自动张紧装置以PLC为控制器，该控制器综合了实现绞车所需功能的所有逻辑。PLC控制器根据检测拉力传感器的信号来检测绞车钢丝绳张力，通过逻辑判断控制离合器或制动器闭合或分开，实现张紧绞车在保持、张紧或放松3种状态之间动态转换，从而实现胶带张力的自动调节。本机的最大特点是响应速度快，能够适应长距离胶带张力变化的快速响应。

6)液压卷带装置。

液压卷带装置用于工作面顺槽带式输送机。置于贮带仓架后方，纵向长度为9 200 mm，可极大地提高工作效率，降低工人劳动强度，提高带式输送机可靠性，保证安全生产。

a)可灵活动作的卷带装置。

卷带装置可以实现芯轴转动，摇臂上下摆动及摇臂水平面内转动。芯轴的转动由低速大扭矩马达带动，可正反方向转动，将贮带仓中的胶带顺利卷出。摇臂的上下摆动、水平转动可保证胶带卷的整齐。摇臂在水平面内还可使卷好的胶带转动90°、转动机架可在安装时调整左转，还是右转。

b)拆装方便的卷带机架。

卷带机架分两段，共9.25 m，机架两端安装有固定夹带机构，通过油缸实现夹放胶带。每件油缸都装有液控单向阀，保证油缸在不供液时压力恒定。卷带机架中间有一组可前后移动的活动夹带机构，由推拉油缸推动，可实现胶带推拉。活动夹带及固定夹带互相配合可将皮带拉松，便于收卷胶带。该机尾全部为可拆装机构，螺栓连接，拆装运输方便。

c)恒功率液压系统。

液压系统为液压卷带装置的控制中心及动力来源，所有动作实现都是通过液压泵站来完成。为实现恒功率、恒线速度卷带，该厂采用斜盘式柱塞变量泵，随着卷轴扭矩的增大油压上升，其排量的功率变小，总输出功率不变。

2 实体设计

1)滚筒。

主传动滚筒、改向滚筒的受力经过严格地计算并进行有限元分析，根据有限元分析结果对滚筒进行设计。

滚筒示意图见图1。

图1 滚筒示意图

由图1可见，滚筒的主要特点如下:

a)滚筒采用迷宫密封，旋转时迷宫内外环为非接触状态，无须更换。

b)储油管设计合理，注油时，储油管形成高压，随时向轴承供油，保证轴承润滑。

c)根据有限元受力分析结果，增加了中间支撑环及加长轮毂设计。

2)托辊。

托辊结构先进，性能可靠。辊皮材料选用徐州光环生产的托辊专用焊管，直径为d159 mm，托辊轴选用d42热轧圆钢，并经过磨削加工，轴承座采用优质冷轧钢板(δ4)冲压而成，轴承采用国际国内知名厂家生产的托辊专用大游隙轴承，密封装置采用TKⅡ型三道密封，防水防尘性能均优于国家相关标准，装配后强度好，径向跳动量小，旋转阻力小，能耗低，使用寿命长，超过30 000 h。

3)高效储带装置。

包括贮带转向装置、贮带仓架、分层小车、张紧小车，在贮带转向装置和张紧小车上分别安装了4个改向滚筒，通过胶带在8个滚筒间的合理水平缠绕，实现了高效6层贮带。胶带缠绕示意图见图2。

图2 胶带缠绕示意图

a)贮带仓刚性结构及防止游动小车跑偏机制。

储带仓底座采用前后贯通的2根40槽钢作为主架及游动小车轨道，强度和刚度完全满足要求。游动小车及托辊小车车轮同一侧采用带“V”形槽车轮，同时轨道面一侧焊1根角钢作为定位轨道，且车轮上下设有止爬轮、左右设有导轮，保证游动小车不掉轨。

b)巷道起伏不平的可调装置。

储带仓的支脚设有多孔，通过螺栓调节螺孔位置，可适应局部起伏不平的巷道地形，使游动小车轨道保持在同一水平上。

c)托辊小车移动自动化。游动小车与转向装置之间的胶带靠托辊小车支撑，随着游动小车移动，托辊小车的位置不断改变。传统托辊小车的移动靠人工，费时费力。本机的托辊小车与游动小车可实现同步移动，不需人工。

d)为增加传动装置与驱动装置的稳定性，特在机头、中部传动装置与卸载装置部增加大底座，使机架与驱动部分联为一体，既便于拆装运输和安装找正，又增加了皮带机各受力处的安全性。

e)快速拆装的E型销结构。

为满足高产高效综采设备快速推进，实现井下运输、装拆方便，减少维护量，降低劳动强度。本机的设计采用快装结构，纵梁与支腿、纵梁和H架的连接采用“E”型销，托辊架为“品”字形结构，3节托辊呈“品”字形错开，相邻托辊端面可以重合，减轻托辊端面对胶面的磨损，提高胶带的使用寿命。

f)采用独立的卸载三角架结构，传动机架采用倒T型整体框架结构，受力合理，强度高。整机设计实现了体积小、结构紧凑、方便搬运、安装和拆卸，卸载部、驱动部、储带仓、卷带等部件能满足快速搬运的要求，各支点部位有足够的强度，保证了各大部件的井下运输条件。

g)皮带沿线每隔50 m加装上、下防跑偏立辊;为防止储带仓内胶带跑偏，在储带转向架和张紧小车上各加装了2组防跑偏挡辊，解决了胶带跑偏带来的机架对胶带的损害。

h)为用户着想，所有在同一位置的滚筒、车轮、滑轮均采用集中润滑。

3 结束语

该机的成功设计制造，提高了掘进工作面运输效率，提升了矿井综合经济效益，为该厂自主设计制造掘进配套大功率、大运量、长距离带式输送机开创了思路。

［1］宋伟刚.通用带式输送机设计［M］.北京:机械工业出版社，2006:265－335.