收稿日期:2011-04-11作者简介:刘洵文(1978 ),男,陕西神木人,2001年毕业于西安科技学院机械系机械电子工程专业,工程师,现任神东设计公司机运室主任。
下运发电运行工况带式输送机设计刘洵文(神华神东煤炭集团公司神东设计公司,陕西神木 719315)摘 要:以神东煤炭集团公司保德煤矿104顺槽胶带机改造设计为例,探讨了下运发电运行工况带式输送机的设计计算。
关键词:下运发电运行工况;带式输送机;设计探讨中图分类号:TD528+.1 文献标识码:B 文章编号:1671-749X(2011)03-0078-030 引言下运带式输送机运行过程中,当电动机实际转速超过同步转速时便进入再生发电制动状态,此时,当带式输送机所受负载产生的下滑力与各种阻力及电动机的制动力达到平衡时,带式输送机便处于再生发电制动的稳定运行状态,如果带速继续增加,带式输送机便进入飞车运行状态。
此时,若不加以限制或停车,将会出现重大机械和人身事故。
1 下运带式输送机运行工况分析下运带式输送机与平运或上运带式输送机的设计计算有本质的区别。
以图1布置形式为例进行设计探讨。
图1 下运带式输送机布置形式1.1 运行时的总阻力计算利用相关公式可以计算出运行时的总阻力。
1.2 下运带式输送机运行工况分析电动运行工况:当电动机作用于输送机上的发电制动力小于或等于0,输送机上的外加制动力亦等于0时,则物料提升阻力小于或等于上、下分支运行阻力之和。
此时,电动机处于电动运行工况,带式输送机可按平运工况设计,不存在飞车可能。
即可用相关算式求出下运带式输送机不会出现发电工况可以按平运工况处理的最大输送量。
再生发电制动运行工况:下运带式输送机在再生发电制动工况下运行时,不外加制动力,仅靠电动机再生发电制动就可控制带速,不会出现飞车时,此时电动机作用于输送机上的发电制动力随负载的大小变化而变化,但最大不能超过电动机作用于皮带上的最大制动力,当电动机再生发电制动力达到了最大值,带式输送机达到了飞车运行工况的临界值;若负载继续增加,带式输送机将失控而进入飞车运行工况。
下运带式输送机的停车工况:下运带式输送机在再生发电制动工况下运行,突然断电停车,为避免飞车工况,此时因电动机发电制动力等于0,输送机上外加制动力大于物料提升阻力减去上、下分支运行阻力,否则,不但不产生制动减速度,反而由于物料自行下运,制动控制不住,致使输送机飞车,发生故障。
下运带式输送机过载工况下的带速控制:处于再生发电制动工况稳定运行中的下运带式输送机,78刘洵文 下运发电运行工况带式输送机设计 2011年当出现过载时,如果不投入外力制动,带速会继续增加而进入飞车运行工况。
此时投入外力制动,则物料提升阻力小于上、下分支运行阻力,输送机外加制动力,电动机发电制动力之和。
外加制动力使带式输送机减速运行,待带式输送机运行速度小于飞车临界速度后,外加制动力解除。
以后每当过载时上述过程重复进行,使带式输送机稳定在额定带速下运行。
2 保德煤矿104顺槽胶带机改造设计计算2.1 胶带机参数根据地测部门提供的巷道实测剖面图(图1)知:L =2100m,H =-146m ,下运平均角度 =3.977 ,矿方要求胶带机小时运量Q =2500t/h ,并以现有上海煤科院生产的B =1400mm,V =4m /s ,3 500k W 顺槽可伸缩胶带机为原型进行改造,胶带利用矿方已有阻燃整芯带1800S 。
2.2 发电运行工况临界输送量的计算利用公式计算出Q 284t/h ,因此,只要输送量超过284t/h,胶带就可能处于发电运行工况,并可能飞车运行;所以在额定运量2500t/h 情况下,该胶带机必须按照下运发电运行工况进行计算。
2.3 胶带机额定输送量运行工况分析为方便讨论,忽略附加阻力F ,取托辊阻力系数 =0.012,计算得,每米物料质量q =173.6kg /m;上分支运行阻力:F 1=49323N;下分支运行阻力:F 2=9371N;物料提升阻力:F 3=-248040N;总圆周力F =-189346N;电动机作用于皮带上的最大制动力P =39354N 。
由计算知,|F 3|=248040N >98048N,也就是说,胶带机运行阻力加上3台500k W 电动机作用于皮带机上的最大制动力的总阻力小于胶带输送机的下滑分力,如若不加外力制动,该胶带机将会处于飞车运行工况。
2.4 胶带机改造设计方案与固定式下运胶带机不同,该胶带机属可伸缩顺槽胶带机,机尾马蹄尔随着工作面的推进需适时移动,而按照下运发电运行状态胶带机设计一般思路,机尾力是整条胶带机最大力所在,驱动及制动装置放置在机尾处是最为合理的方案。
而该胶带机由于机尾马蹄尔的适时移动不能实现机尾驱动和制动。
由上述计算知,该胶带机运量大,下运高度大,处于发电状态运行,一旦制动失效,胶带机有可能出现制动不住飞车危险;所以,不仅应做到断电或故障停车制动,还应做到胶带机运行实时制动。
经计算(计算过程忽略),机尾马蹄尔和机尾滚筒受力约40,t 神东煤炭集团公司目前给顺槽胶带机配的马蹄尔和机尾滚筒受力约12,t 受力不满足要求,需对此顺槽胶带机的机尾马蹄尔进行特殊加工以满足受力要求;机尾滚筒新购,合张力达60t 以上;现有驱动滚筒轴是否能够承受制动器的制动扭矩约15.5.t m,如验算不能够满足,需对三个驱动滚筒进行更换;储带仓内的滚筒受力也较大,如验算不能满足,也应更换;储带仓胶带单边张力达到14,t 张紧绞车的张紧力需达到14,t 而目前顺槽胶带机上使用的AP W 张紧绞车的张紧力为最大7.5,t 不满足要求,需对张紧绞车机架进行更换。
胶带机改造绕带如图2。
图2 胶带机改造绕带图制动器确定:由计算知,为保证胶带机断电安全停车,需外加制动力F z =284019N (此计算数作为估算,考虑了胶带机的移动及转动部分惯性力为正常圆周力的50%),加装制动器滚筒直径为1m,由于该胶带机下运工况恶劣,并考虑制动安全系数为1.3,则外加制动力矩计算值为369225Nm 。
考虑79第3期 刘洵文 下运发电运行工况带式输送机设计神东煤炭集团公司内部设备的互换性,拟选用西伯瑞盘式制动器SH I201,盘径1500mm,盘厚30mm。
经计算,该盘式制动器单个制动头的制动力矩为77280Nm(间隙2mm),则该顺槽胶带机所需外加的S H I201制动头数量n=4.8。
经定性分析认为,由于该下运顺槽胶带机为发电运行工况,最大张力点在机尾处,而机头处恰恰为最小张力点处,所以在机尾处不能设置制动装置的情况下,在胶带机中部合适位置设置制动装置可以对胶带机进行安全有效制动。
设计拟设两处制动点,第一处为储带仓后,加装两个制动滚筒,即图2中 和 滚筒,第二处为胶带机中部位置,加装一个滚筒,即 滚筒,每个制动滚筒一边出轴,出轴加装1500mm制动盘,每个盘加装两个SH I201制动头,总计6个制动头。
驱动方式确定:为有效降低胶带强度,考虑加装滚筒卸载式中间驱动装置。
滚筒卸载式中间驱动技术是由驱动滚筒完成对胶带的驱动,把驱动功率的一部分放在带式输送机的中部合适位置,使驱动功率分散开来,这样可以有效降低胶带运行时的最大张力,降低胶带的强度。
滚筒卸载式中间驱动与头部集中单点驱动一样,视胶带为弹性体,忽略胶带的厚度、胶带与滚筒相接触部分胶带的质量及胶带在相遇点由直变弯和在奔离点由弯变直的弯曲应力。
滚筒卸载式中间驱动滚筒趋入点的胶带张力和分离点的胶带张力同样满足欧拉公式。
如图3,该下运胶带机胶带张力由机头线性增大至滚筒卸载式中间驱动装置的驱动滚筒分离点,胶带张力在此处达到一极大值,随后开始下降,直至到该驱动滚筒的趋入点,胶带张力又开始线性增加至机尾。
确定滚筒卸载式中间驱动位置:额定输送量时,胶带在承载分支的线阻力a z=-111.64N/m;胶带在回程分支的线阻力a k=21.47N/m;输送机驱动滚筒总圆周力F=-189357N;输送机所需电机总功率(取K b=1.3, =0.91)P=-1082k W;电机动功率为P d=500k W,那么驱动单元的总数n=P/P d =2.164,需3台500k W电机全部投入使用;确定主驱动装置的驱动单元个数n z=2,中间驱动装置驱动单元的个数n j=1;确定功率配比为1 1 1。
驱动单元趋入点胶带的最小张力S f依据欧拉公式求得为43750N;承载分支胶带的最小张力Szm i n依据胶带在两相邻上托辊组间距L s内垂度不得大于许用垂度值f c的要求由相关公下式计算(L s=1.5m,f c设为1.5%)得S z m in=54663N=S4,S1=226078N;中间驱动装置驱动滚筒趋入点的胶带张力S2应满足S2 S4;中间驱动装置驱动滚筒奔离点胶带张力S3应满足S3 S e。
图3 下运带式输送机设计计算图综合上述讨论,可见中间驱动装置位置可在以下计算的范围内选取,即1536 L1 564。
由此,确定中部驱动装置放置在距机头1000m,也即L1= 1100m位置。
节能设计:由于该顺槽胶带机在额定输送量下完全处于发电运行工况,电动机完全处于发电运行状态,因此设计中引入四象限变频控制器。
四象限变频控制器的采用可就电动机的再生能量转化为电能送回电网,达到最大限度的节能目的,不仅如此,它还可以减少电源的谐波污染。
3 结语以神东煤炭集团保德煤矿104顺槽胶带机的改造设计计算为例,通过对下运带式输送机各种运行工况进行分析,着重探讨了下运发电运行工况带式输送机设计的分析思路和计算的基本方法,提出了此类胶带机引入四象限变频控制器的节能方案,不仅对下运带式输送机的整体设计提供了计算参考,而且对输送机行业及用户有借鉴作用。
80陕 西 煤 炭 2011年。