矿用皮带机自动张紧装置的设计及应用分析

2023-08-12 09:31*郭
当代化工研究 2023年16期
关键词:张紧皮带机皮带

*郭 磊

(山西潞安化工集团能源事业部 山西 046204)

前言

对煤矿而言,其井上与井下的辅助运输设备中最主要的就是皮带机,由于煤矿领域发展较为快速,皮带机水平与技术的发展速度也跟着提高了。在皮带机内最关键的结构件为张紧装置,该装置的作用是保证皮带的张紧力,让驱动滚轮和皮带间的摩擦力充足,防止打滑现象出现。为保证其张紧装置可以更好地控制张力,张力装置也从机械结构慢慢转化成自动化结构,且该自动化结构为机电液一体化,能够按真实需要来控制和调整皮带张力,所有工况环境均能适应,进而使皮带机可以可靠与稳定地运行。在本文中,将煤矿回采工作面顺槽中应用的皮带机当作研究对象,且该皮带机是伸缩式的,将自动张紧装置进行了研制,并在工程实践内进行了使用,得知应用效果不错,降低了设备发生故障的几率,提高了煤矿的经济与安全效益。

1.简述皮带机

将煤矿回采工作面顺槽内应用的可伸缩皮带机当作研究对象,且该皮带机的型号为DSJ160/350/3×500,图1为其结构图。

图1 可伸缩皮带机的结构

从图1发现,整个皮带机是由托辊、张紧小车、储带仓、机头驱动滚筒、机尾和机头改向滚筒等构成的。储带仓是该型号皮带机和一般皮带机的主要区别,在皮带机实施伸缩作业期间,能够将剩余皮带存储至储带仓中。

驱动电机把动力直接传输至机头的驱动结构内,利用摩擦力来带动皮带,使皮带做出往返运动。其张紧小车主要保证皮带中的张力充足,防止张力太大而导致断带现象出现或者张力太小而导致打滑现象出现。整个皮带机的长度、宽度分别为3000m、1.6m,其皮带的最大输送量是3500t/h,运行速度是4m/s。

张紧小车作为关键结构件存在于可伸缩式皮带机内,张紧小车结构的好与坏会对设备运行是否稳定有很大影响。应用到该煤矿的皮带机之前,张紧小车的结构经常会造成使用期间发生故障,导致这种状况出现的原因为不能有效控制其张力,张力不是太大,就是太小。为了将该问题解决,拟技术改造其张紧装置,并对自动张紧装置进行了设计,保证可以按照实际要求来自动调整其张力,使皮带机可以稳定地运行,将设备发生故障的几率降低。

2.设计自动张紧装置的方案

和实际状况相结合,图2为自动张紧装置的整体方案原理图。从图2发现,该装置内张紧滚筒利用钢丝绳、滑轮组来连接张紧小车,而且,分别将驱动电机、制动器安装至张紧滚轮的左右两侧。将张力传感器设置到钢丝绳中,该传感器能够对张力所发生的变化进行监测。在得知张力变化明显时,就会有指令从系统中发出,该指令可以对制动器进行控制,使制动器无法打开,继而张紧滚筒随着驱动电机的工作而转动,利用钢丝绳与滑轮组来将张紧小车带动,启动张紧小车,进而调整皮带的张力。钢丝绳中安装的张力传感器所检测到的张力在合理范围中时,就会关闭驱动电机,与此同时,张紧滚筒会被制动器所制动,防止出现旋转,将张紧小车固定,这时新平衡就出现在了自动张紧装置中。

图2 自动张紧装置的整体方案原理

将皮带机工况划分成停机、满载运行、启动这三个阶段,上述阶段中张紧小车对应的张力数值分别是290kN、321kN、450kN。为使系统可以稳定运行,张力传感器所检测出的数值最大占上述3个数值的110%,最小占90%时,那么就认为此时的张力是最佳的,不用再调整张力了。

3.自动张紧装置关键构件的设计

(1)钢丝绳型号的选择

由于煤矿井下具有复杂的工作环境,应用到该装置内的钢丝绳所承受的工作载荷较大,所以要按照实际状况来计算与分析钢丝绳所承受的力,在这个基础上来对钢丝绳的型号进行确定。从图2发现,应用到张紧小车的滑轮组为6倍的,经过测试得知,启动阶段张紧小车的受力大概是450kN,那么1根钢丝绳所承受的力就是75kN。按照钢丝绳所承受的力能够将其最小直径计算出来:

以上述结果为基础,并按照GB/T 20118-2006中规定的能够使用7×18型钢丝绳,该型号钢丝绳的公称抗拉强度、最小破断力与直径分别是1770MPa、334kN、24mm,与实际应用的需求相符。

(2)设计滑轮的结构

滑轮结构所具有的作用就是定位钢丝绳位置,利用滑轮结构来将钢丝绳的力的方向改变,并对作用力进行承受。图3即为滑轮结构的设计图。从图3发现,由夹角设置到线槽的左右两侧,按照所总结的经验得知,夹角的取值范围为15°~45°,在本研究内,所选取的β夹角的度数是25°。计算线槽曲率半径的公式为:R=6d=14.4mm,名义上滑轮的直径能够按照以下公式进行计算:D≥20d=480mm。

图3 滑轮结构设计图

(3)设计张紧滚筒的结构

张紧滚筒所具有的作用就是缠绕钢丝绳,所以在工作期间,需对载荷进行承受,图4即为其结构图。名义上张紧滚筒直径能够依据以下公式来进行计算,得出:D≥21d=504mm。按照计算结果把其取整名义直径之后再设置成520mm。一般其滚筒壁厚和钢丝绳的直径一致就可以了,若钢丝绳的直径是24mm,那么所设置的滚筒壁厚和钢丝绳直径相同。按照实际状况,来对张紧小车的实际行程进行确定,确定其行程是30m,按照滑轮组原理,就能将张紧滚筒中的容量进行计算,且计算结果是180m。依据式(2)来计算滚筒长度:

图4 张紧滚筒的结构

式中,

Z表示每层的圈数;

n表示钢丝绳所缠绕的层数;

P表示钢丝绳间的距离。

将钢丝绳所缠绕的层数n取值为5,相邻钢丝绳间的距离依据其直径的1.1倍来进行取值。由于还需将别的配件安装至张紧滚筒的左右两侧,所以,按照计算结果进行取整之后,把滚筒长度的取值设置成0.7m。

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4.分析自动张紧装置的实际应用状况

将DSJ160/350/3×500型伸缩式皮带机使用到潞安化工集团某矿的工作面中,该型号皮带机的张紧装置所使用的机械结构是普通的,这就造成设备正常运行期间常常有故障出现,比如断带与打滑等,每停机与维修1次就会产生较大的经济损失。所以,依据上述自动张紧装置的设计方案,把该方案直接使用至此类皮带机工程内,该装置进行调试之后,可以确保运行正常之后直接投入至工程中使用,现在自动张紧装置应用至工程内的时间大概需6个月。

经过观察与记录其使用状况,得知自动张紧装置的使用效果非常好。自动张紧装置可以按照皮带机真实状况来控制与调整皮带张紧力,进而可以将皮带打滑及断带等常常产生的问题进行更好的解决。

在这应用的6个月时间内,断带与皮带打滑等故障1次也没有在设备中发生,大大降低了故障发生的几率。故障发生的几率大幅度下降,不仅使企业成本下降,还可以让企业缩减维护人员的数量,大概缩减2名,那么1年就能够将人力成本节省40万元左右,加上维护保养过程中发生的材料费,那么,1年能够将保养成本与维护成本节省70多万元左右。

除此之外,由于皮带机不间断工作时间的持续延长,可以提高煤矿开采的效率,提高企业经济效益。

5.结束语

将应用到煤矿回采工作面运输顺槽内的可伸缩式皮带机当作研究对象,结构设计了皮带机的自动张紧装置,并将自动张紧装置使用至工程实践内,所取得的效果能够符合预期。

最终得出的结论包括:整个自动张紧装置的设计方案是由张紧滚筒、滑轮组、钢丝绳等构成,通过对张力传感器的利用,来检测钢丝绳的张力,当张力在合适范围之外且较大时,电机能够对张紧滚筒进行驱动,进而使张紧滚筒发生转动,且调整张力;主要设计是对张紧滚筒、滑轮、钢丝绳型号、结构尺寸的选择;在皮带机的真实时间内布置张紧装置,通过现场实际使用,得知所取得的效果可以满足需求,在这应用的半年内,打滑或断带等故障未在带式输送机中发生,这样既可以将企业设备的保养与维护成本降低,还可以大幅度提高安全效益与别的经济效益。

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