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摘要：举例分析长距离大型带式输送机设计
关键词：圆周驱动力 方案设计 动态分析
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
一、简述
长距离大型带式输送机，功率较大，工况复杂，设计时考虑因素多，现举例分析该类型输送机的设计方案。沈矿集团设计制造的晋城矿务局寺河煤矿井下东大巷带式输送机。设计单机水平长7596米，配套电机功率3X800kw，整机三滚筒三电机驱动（头部两台电机，尾部一台电机）。驱动系统采用美国罗克韦尔公式CST可控传动和PLC控制系统，在输送机的中、尾部各设德国SIBRE液压盘式制动器一套，在距机头部约350米处设澳大利亚ACE公司APW自动张紧绞车并采用PLC控制，输送机监视系统采用天津贝克公司PROMOS系统，该机已正式投入使用，运行稳定。
二、技术参数
带宽：B=1400mm
带速：v=4m/s
输送能力：Q=2500t/h
输送机头尾滚筒水平中心距：
Ln=6727.886m（一期安装长度）
Ln=7596 （设计长度）
头尾高度差：H=136.6m(一期)
H=153.6m（设计）
物料：原煤
粒度：≤300mm
松散密度：r=0.9~1.0t/m³
输送带型号：ST2000
装机功率：N=3X800KW
功率配比Ⅰ：Ⅱ：Ⅲ=1:1:1
电动机型号：YB630S1-4（绕组及轴承配pt100）
拉紧：绞车自动张紧
CST型号：630KS Ⅰ=19.25
盘式制动器型号：SHI104
三、输送机设计
1、方案设计
该机安装于井下巷道内，地形复杂多变，有六十余个变坡点（凸凹弧），在按实际巷道底板走向布置该机和几经方案比较后，确定了驱动、拉紧等位置，并在尾部传动滚筒组Ⅲ上设制动器，以满足急停需要。我们将该机进行了简化，即图一带式输送机布置图，从图中可以看出，该机从尾部向前约7260m区段为下运工况。其高度差为-194.7m。而从7260m处至头部传动滚筒中心段水平长约336m段为上运工况。其高度差为+41.09m,且尾部有两个给料点分别和同时给料，因此该机运行工况十分复杂，为确保该机在各种工况下运行的可靠性，在进行多次方案论证后，决定该机采用CST可控传动和自动绞车张紧方式，以满足该机稳定和非稳定下工况的需要。
2、标准法计算
根据图一的布置图采用了ISO5048國际标准对该机进行了全面系统的计算选择了如下工况
A全程空载 B全程满载
C上升段有载下坡段无载（图一中a~f段）
D下降段有载头部上升段无载（图一中f~g段）
计算内容包括各种工况条件下的稳定运行、启动、紧急停机及自由停机时间、电机动率、输送带型号、输送机拉紧力、最大张力、制动器制动时间和制动力矩等。
图一
● 输送机稳定运行工况计算结果如下：
工况A，计算电机功率1400KW，最大张力307KN；工况B，计算电机功率2025KW，最大拉紧力373.4KN；工况C，计算电机功率2225KW，最大张力401KN；工况D，计算电机功率388KW，最大张力262KN。拉紧力176KN。
● 输送机启动（B，C工况）计算结果如下：
工况B，圆周驱动力476KN，最大张力404KN；工况C，圆周驱动力503KN，最大张力420KN；（启动时间按200s计算拉紧力为176KN。）
● 输送机紧急制动（B，D工况）计算结果如下：
工况B，最大张力430KN，制动力矩110KN.m，工况D，最大张力490KN，制动力矩133KN.m。制动时平均减速度0.16m/s2 。（制动器设在尾部，传动滚筒组上。）
3、计算机动态设计理论分析
动态分析的目的在于找出使运输带的瞬时峰值应力、最小的加速、减速特性曲线，并确定采取的最佳起动、停机方式、整机布置有关参数的确定及系统零部件的匹配等，以确保运输机能平稳启动、停车和安全运行。
基于上述目的我们首先对该机采用了沈矿集团公司与东北大学合作开发的带式输送机动态分析软件进行了分析、并获得了必要的数据信息。施工图开始前我们又委托澳大利亚ACE公司对该机进行了全面的动态分析。分析结果验证和表明：
标准计算中的有关计算结果如电机功率3X800KW、输送带选型ST2000以及驱动装置、拉紧力176KN等有关型号、参数的选取可以满足该机各种工况的实际需要。
而标准计算中尾部设一组制动器，紧急停机时输送带将出现严重的高张力区和低张力区，这些都是不能接受的。动态分析结果表明，当该机以满载状态运行紧急停机时，在尾部传动滚筒组处施加133KN的制动力距时，其尾部传动滚筒组处输送带奔离点处的最大瞬时张力达550KN，此时输送带的安全系数只有5.1，即使输送带是空载运行期输送带的最大瞬时张力也达到450KN，同时在距头部传动滚筒中心300m处又出现一个低张力区，此时的输送带最小张力为5KN，下垂度为6.6%，如此的低张力很可能造成物料被抛出和托辊组被挤出，进而损坏输送机而不能正常使用，过大的高张力和过低的低张力将对整个输送机产生严重后果。为避免此现象的发生，在动态分析中，先后模拟了几种方案，其中有：
●在头部驱动装置上加飞轮，
●选用反应快速的拉紧装置
●在输送机中间部位加设制动器
通过动态模拟计算分析后表明前二种方案均未取得最佳效果，而采用在输送机中间位置加设一组制动器后则比采用前两种方案明显提高。此种选择方案的具体方法是将尾部滚筒组处的制动器制动力矩由原制动力矩133KN改为62.5KN，而在中部增设的一组制动器其制动力矩也为62.5KN，紧急停机时当主电机电源关闭后，两套制动器同时上闸制动，张紧绞车处于自动锁死状态，此时尾部滚筒组奔离点输送带张力已由550KN降至415KN，而最小张力点出的张力也由5KN增加至30KN（输送带下垂度1%）其输送带的最大及最小张力值都在安全允许范围内，保证了在输送工况最不利的条件下紧急停机时的需要。
动态分析中对A、D两种工况下启动时张紧车所需的拉紧速度及行程等均做了较详细的分析，并为选择与该机相适应的APW自动绞车提供了相关的许多技术参数。
4、修改原方案
根据动态分析结果，我们在原布置方案基础上，在该输送机距尾部约4000米处增设了制动器，即尾部及中部各一套制动器，制动力矩分配为每套62.5KN.m。
最终的带式输送机布置简图及各点张力值见图二布置简图。
图二
5、输送机控制要求
1）启动
2）停机
该机停机分为正常停机和紧急事故状态下停机
●正常停机
应首先停止给料点给料，并采用CST可控停车，其时间应大于自由停机时间，故整个可控停机时间不少于400s，然后上闸制动。
●紧急停机
输送机中的拉绳，输送带撕裂检测烟雾，堵料检测等装置动作并发出信号时，均视为紧急停机，此时应停止给料点给料，同时关闭主电机电源并延时2s后两套制动器上闸制动，自动张紧绞车处于制动锁死状态（系统突然失电视为紧急停机）。
四、结语
长距离、高速、运量大且运行工况复杂的输送机，根据以上分析方法设计，在现场运行时效果很好，得到用户的认可。
关键词：圆周驱动力 方案设计 动态分析
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
一、简述
长距离大型带式输送机，功率较大，工况复杂，设计时考虑因素多，现举例分析该类型输送机的设计方案。沈矿集团设计制造的晋城矿务局寺河煤矿井下东大巷带式输送机。设计单机水平长7596米，配套电机功率3X800kw，整机三滚筒三电机驱动（头部两台电机，尾部一台电机）。驱动系统采用美国罗克韦尔公式CST可控传动和PLC控制系统，在输送机的中、尾部各设德国SIBRE液压盘式制动器一套，在距机头部约350米处设澳大利亚ACE公司APW自动张紧绞车并采用PLC控制，输送机监视系统采用天津贝克公司PROMOS系统，该机已正式投入使用，运行稳定。
二、技术参数
带宽：B=1400mm
带速：v=4m/s
输送能力：Q=2500t/h
输送机头尾滚筒水平中心距：
Ln=6727.886m（一期安装长度）
Ln=7596 （设计长度）
头尾高度差：H=136.6m(一期)
H=153.6m（设计）
物料：原煤
粒度：≤300mm
松散密度：r=0.9~1.0t/m³
输送带型号：ST2000
装机功率：N=3X800KW
功率配比Ⅰ：Ⅱ：Ⅲ=1:1:1
电动机型号：YB630S1-4（绕组及轴承配pt100）
拉紧：绞车自动张紧
CST型号：630KS Ⅰ=19.25
盘式制动器型号：SHI104
三、输送机设计
1、方案设计
该机安装于井下巷道内，地形复杂多变，有六十余个变坡点（凸凹弧），在按实际巷道底板走向布置该机和几经方案比较后，确定了驱动、拉紧等位置，并在尾部传动滚筒组Ⅲ上设制动器，以满足急停需要。我们将该机进行了简化，即图一带式输送机布置图，从图中可以看出，该机从尾部向前约7260m区段为下运工况。其高度差为-194.7m。而从7260m处至头部传动滚筒中心段水平长约336m段为上运工况。其高度差为+41.09m,且尾部有两个给料点分别和同时给料，因此该机运行工况十分复杂，为确保该机在各种工况下运行的可靠性，在进行多次方案论证后，决定该机采用CST可控传动和自动绞车张紧方式，以满足该机稳定和非稳定下工况的需要。
2、标准法计算
根据图一的布置图采用了ISO5048國际标准对该机进行了全面系统的计算选择了如下工况
A全程空载 B全程满载
C上升段有载下坡段无载（图一中a~f段）
D下降段有载头部上升段无载（图一中f~g段）
计算内容包括各种工况条件下的稳定运行、启动、紧急停机及自由停机时间、电机动率、输送带型号、输送机拉紧力、最大张力、制动器制动时间和制动力矩等。
图一
● 输送机稳定运行工况计算结果如下：
工况A，计算电机功率1400KW，最大张力307KN；工况B，计算电机功率2025KW，最大拉紧力373.4KN；工况C，计算电机功率2225KW，最大张力401KN；工况D，计算电机功率388KW，最大张力262KN。拉紧力176KN。
● 输送机启动（B，C工况）计算结果如下：
工况B，圆周驱动力476KN，最大张力404KN；工况C，圆周驱动力503KN，最大张力420KN；（启动时间按200s计算拉紧力为176KN。）
● 输送机紧急制动（B，D工况）计算结果如下：
工况B，最大张力430KN，制动力矩110KN.m，工况D，最大张力490KN，制动力矩133KN.m。制动时平均减速度0.16m/s2 。（制动器设在尾部，传动滚筒组上。）
3、计算机动态设计理论分析
动态分析的目的在于找出使运输带的瞬时峰值应力、最小的加速、减速特性曲线，并确定采取的最佳起动、停机方式、整机布置有关参数的确定及系统零部件的匹配等，以确保运输机能平稳启动、停车和安全运行。
基于上述目的我们首先对该机采用了沈矿集团公司与东北大学合作开发的带式输送机动态分析软件进行了分析、并获得了必要的数据信息。施工图开始前我们又委托澳大利亚ACE公司对该机进行了全面的动态分析。分析结果验证和表明：
标准计算中的有关计算结果如电机功率3X800KW、输送带选型ST2000以及驱动装置、拉紧力176KN等有关型号、参数的选取可以满足该机各种工况的实际需要。
而标准计算中尾部设一组制动器，紧急停机时输送带将出现严重的高张力区和低张力区，这些都是不能接受的。动态分析结果表明，当该机以满载状态运行紧急停机时，在尾部传动滚筒组处施加133KN的制动力距时，其尾部传动滚筒组处输送带奔离点处的最大瞬时张力达550KN，此时输送带的安全系数只有5.1，即使输送带是空载运行期输送带的最大瞬时张力也达到450KN，同时在距头部传动滚筒中心300m处又出现一个低张力区，此时的输送带最小张力为5KN，下垂度为6.6%，如此的低张力很可能造成物料被抛出和托辊组被挤出，进而损坏输送机而不能正常使用，过大的高张力和过低的低张力将对整个输送机产生严重后果。为避免此现象的发生，在动态分析中，先后模拟了几种方案，其中有：
●在头部驱动装置上加飞轮，
●选用反应快速的拉紧装置
●在输送机中间部位加设制动器
通过动态模拟计算分析后表明前二种方案均未取得最佳效果，而采用在输送机中间位置加设一组制动器后则比采用前两种方案明显提高。此种选择方案的具体方法是将尾部滚筒组处的制动器制动力矩由原制动力矩133KN改为62.5KN，而在中部增设的一组制动器其制动力矩也为62.5KN，紧急停机时当主电机电源关闭后，两套制动器同时上闸制动，张紧绞车处于自动锁死状态，此时尾部滚筒组奔离点输送带张力已由550KN降至415KN，而最小张力点出的张力也由5KN增加至30KN（输送带下垂度1%）其输送带的最大及最小张力值都在安全允许范围内，保证了在输送工况最不利的条件下紧急停机时的需要。
动态分析中对A、D两种工况下启动时张紧车所需的拉紧速度及行程等均做了较详细的分析，并为选择与该机相适应的APW自动绞车提供了相关的许多技术参数。
4、修改原方案
根据动态分析结果，我们在原布置方案基础上，在该输送机距尾部约4000米处增设了制动器，即尾部及中部各一套制动器，制动力矩分配为每套62.5KN.m。
最终的带式输送机布置简图及各点张力值见图二布置简图。
图二
5、输送机控制要求
1）启动
2）停机
该机停机分为正常停机和紧急事故状态下停机
●正常停机
应首先停止给料点给料，并采用CST可控停车，其时间应大于自由停机时间，故整个可控停机时间不少于400s，然后上闸制动。
●紧急停机
输送机中的拉绳，输送带撕裂检测烟雾，堵料检测等装置动作并发出信号时，均视为紧急停机，此时应停止给料点给料，同时关闭主电机电源并延时2s后两套制动器上闸制动，自动张紧绞车处于制动锁死状态（系统突然失电视为紧急停机）。
四、结语
长距离、高速、运量大且运行工况复杂的输送机，根据以上分析方法设计，在现场运行时效果很好，得到用户的认可。