大倾角下运带式输送机防飞车治理实践

张建荣

（晋能控股煤业集团机电管理分公司，山西 大同 037003）

1 工程概况

晋能控股煤业集团刘家梁矿核定生产能力为240 万t/a。刘家梁矿下运带式输送机常发生飞车事故，飞车事故是制约其安全运行的关键，在超载情况下，电机制动力不足引起飞车，会造成财产损失甚至人员伤亡，防飞车治理是刘家梁矿下运带式输送机设计的技术难点。着重从设计入手，系统地对下运带式输送机防飞车治理策略进行了分析探讨[1-5]，实现下运带式输送机的安全运行。

2 飞车状态机理分析

大倾角下运带式输送机布置示意图如图1 所示，其运行工况分为四种状态。

图1 大倾角下运带式输送机布置示意图

（1）空载/轻载运行时，电机处于电动状态，电机驱动胶带运转，依靠电机驱动滚筒产生圆周力F克服系统运行阻力。

式中：F为滚筒的圆周力，正值为驱动力，负值为制动力，N；f为模拟摩擦系数，f=0.012；g为重力加速度，g=9.81 m/s2；L为胶带机长度，m；q'为每米承载托辊旋转部分质量，kg/m；q"为每米回程托辊旋转部分质量，kg/m；q0为每米胶带质量，kg/m；q为每米长胶带上煤料的质量，kg/m；H为胶带的垂高，下运时H为负值，m；Fs1为托辊前倾摩擦力，N；Fs2为清扫器和导料槽阻力，N。

（2）当煤料产生的下滑力与带式输送机输送带摩擦力相等时，电机处于电动和发电的临界状态下。

（3）随着不断增加煤料，输送带上煤料产生下滑力大于摩擦力，电机由临界状态转入发电状态，这时电机工作于第二象限，电机转速高于同步转速，电机处于发电制动状态。

当电机处于发电制动状态运行时，煤料下滑力为动力，电机功率产生制动力与运行阻力之和构成总阻力。

式中：F为负值。

（4）随着煤料进一步增加，即q增大，电机已达到最大制动状态时，等式右边仍小于qHG，此时，即为飞车临界状态。

3 下运带式输送机防飞车治理的实践应用

3.1 防飞车治理策略分析

基于下运带式输送机飞车状态机理分析，运用摩擦学理论和电气控制技术提出防飞车综合治理策略，主要有：

（1）将驱动装置布置于上口（机尾处），这样驱动滚筒2 趋入点S2的值增大，上下胶带都会拉紧，有利于驱动滚筒防滑，可以充分发挥驱动滚筒的摩擦力。

式中：F1为上分支运行阻力；F2为下分支运行阻力（对滚筒1：S1/S1-2≤e1μɑ；对滚筒2：S1-2/S2≤e2μɑ）。

（2）下运胶带机启动方式设计。带式输送机可设计采用变频软启动模式，具有传递效率高、调速范围大、易实现多驱动的功率平衡、反馈电能质量高的优点。同时，可采用四象限变频器进行控制，内部设有电能回馈单元和低谐波线路滤波器，电机处于制动运行状态产生的电能经滤波器滤波后，通过变频器电能回馈单元回馈到电网，获得再生能源。

（3）上胶带布置阻尼板，通过上胶带和阻尼板之间的正压力产生阻止飞车的摩擦力，且煤料运量越大，摩擦阻力越大，阻尼板应采用防静电、摩擦系数高的材质。

（4）适当加大电机功率，由公式（2）知电机功率越大，处于发电运行状态时，所产生的制动力矩越大，有利于阻止系统飞车。

（5）增大下口卸载滚筒处胶带张力，提高驱动滚筒防滑性能。

（6）增大驱动滚筒的围包角，将摩擦力用足可有效防止胶带和滚筒之间相对滑动。

（7）为防止大块煤料在胶带上打滑，可适当增加上胶带槽形角。

3.2 案例应用分析研究

以晋能控股煤业集团刘家梁矿下运带式输送机为案例，对带式输送机防飞车问题进行综合治理实践。

3.2.1 基本参数

晋能控股煤业集团刘家梁矿下运带式输送机基本参数如下。

（1）输送煤料：原煤；（2）输送机小时运输能力：Q=600 t/h；（3）胶带宽度：B=1000 mm；（4）运输速度：v=2.5 m/s；（5）输送机长度：L=L1+L2==590 m，其中L1=40 m，倾角βl=0°，L2=550 m，倾角β2=-22°；（6）煤料提升高度：H=-203 m；（7）每米机长煤料重量：q=66.7 kg/m；（8）每米长胶带质量：q0=34 kg/m；（9）每米机长上托辊旋转部分质量：q'=17.46 kg/m；（10）每米机长下托辊旋转部分质量：q"=4 kg/m；（11）输送带：ST2000 钢丝绳芯阻燃输送带；（12）运行阻力系数：f=0.012；（13）胶带与传动滚筒之间的摩擦系数：μ=0.25。

3.2.2 运行阻力计算

（1）上分支运行阻力

（2）下分支运行阻力

（3）附加阻力

（4）总运行阻力

3.2.3 传动功率计算

（1）传动滚筒轴功率

（2）所需电动机功率

（3）驱动装置选择。采用双电动机双驱动滚筒驱动方式，四象限变频器控制，电动机型号：YB2-315 L2-4，200 kW，1485 r/min，660/1140 V；减速器：M3PSF70+2FAN，i= 31.5。

（4）制动装置选择。满载时最大静力矩

Mj=gqH×0.5D=9.81×66.7×203×0.5×1 ≈66 414（N·m）=66.41（kN·m）（传动滚筒直径D=1 m）；安全制动时最大静力矩：M'z=1.2×1.5Mj=1.2×1.5×66.41 ≈119.5（kN·m）（ 式 中1.2 为输送量超载系数）；每个制动装置所需最大静力矩：Mz=M'z=119.5 kN·m。

制动装置：KZP-φ1400 自冷盘式可控制动装置，制动盘直径1.4 m（与滚筒轴连接）；制动器：YZ100，最大制动力矩152 kN·m。另外，增设4 处阻尼板。

3.2.4 输送带张力计算

（1）输送带最小张力

取输送带最小张力S3=S4=20 kN。

（2）第一传动滚筒奔离点处胶带张力

（3）第二传动滚筒趋入点处胶带张力

（4）胶带安全系数

3.2.5 传动打滑校核

设第二传动滚筒传动功率用足，则第一与第二传动滚筒之间的胶带张力：

3.2.6 胶带拉紧装置选择

选用自控液压拉紧装置，拉紧装置位于胶带机尾部，拉紧装置对张紧小车的张紧力在正常工况为：T=2S4=2×20=40 kN；启动时Tmax=1.5T=60 kN。

选用自控液压拉紧装置型号为DYL-02，最大拉紧力为100 kN，拉紧行程为8 m。

4 应用效果分析

大倾角下运带式输送机运行较为复杂，飞车治理问题至关重要。晋能控股煤业集团刘家梁矿下运带式输送机于2021 年5 月按以上方案完成防飞车治理改造并投入到实践应用当中，当前该下运带式输送机已运行有1 年之久，设备整体运行稳定，无一起飞车现象发生，防飞车综合治理效果理想，有效地保障了下运带式运输机的安全运行，为企业创造了较好的安全经济效益。