布尔台矿提升方式及设备选型设计

毕业设计（论文）目录摘要IAbstractII1绪论11.1井田概述11.2国内外提升设备发展现状21.2.1 国外现状21.2.2 国内现状31.3选题的目的和意义31.4确定矿井提升方式的原则31.5矿井提升系统41.6立井箕斗的提升能力计算 51.7提升方式的确定71.7.1立井箕斗提升方式71.7.2胶带输送机提升方式71.7.3提升方式的选择72 胶带输送机提升能力计算92.1设计依据92.2带速和带宽92.2.1带速选择原则92.2.2带宽和带速组合方案92.3传动滚筒的圆周驱动力的计算122.3.1主要阻力的计算122.3.2主要特种阻力的计算142.3.3附加特种阻力的计算152.3.4倾斜阻力的计算162.4传动滚筒轴功率及电机功率计算172.5 输送带张力计算172.5.1驱动滚筒功率配比172.5.2各特性点张力计算182.5.3输送带不打滑条件校核202.5.4输送带下垂度校核212.5.5确定传动滚筒合张力222.6逆止力计算222.7拉紧力计算232.8输送带钢绳芯强度计算233胶带输送机主要部件选择计算243.1 传动装置选择243.1.1 拖动方式243.1.2 电动机253.1.3 减速器263.1.4联轴器273.2输送带283.2.1输送带的选择283.2.2输送带的连接293.3滚筒293.3.1传动滚筒293.3.2改向滚筒303.4 滚筒架313.5托辊343.5.1 托辊的作用与类型343.5.2 托辊组选型353.6 逆止器的选择373.7制动器373.7.1制动器的作用373.7.2 制动装置的种类383.7.3 制动装置的选型403.8拉紧装置403.8.1 拉紧装置的作用403.8.2 拉紧装置布置时应遵循的原则403.8.3拉紧装置的选择413.9清扫装置423.10 保护装置433.11供配电与控制443.11.1系统主要设备443.11.2电源45结论46参考文献48致谢49摘要该设计是关于布尔台矿主提升方式及设备选型，首先对井田基本情况和国内外提升设备发展的现状和趋势进行了概述，通过对提升能力分析计算，结合各提升方式优缺点，本设计着重分析了箕斗提升和胶带输送机提升的可行性，最终选择胶带输送机连续提升作为布尔台矿主斜井提升方式。经过严谨的计算与校核，确定了带宽和带速，选取了符合强度要求的的胶带型号；通过计算各特征点张力和圆周驱动力的计算，确定了电动机功率和型号，经过合理的分析选取了变频驱动拖动方式，由于功率较大本设计采用三电机双驱动；普通滚筒的强度难以满足强度要求本设计选择了重型滚筒；依据承载能力选取了托辊，张紧力较大故选择了自控液压拉紧装置，同时根据逆止力的大小选择了逆止器和制动器等部件。 关键词：胶带输送机，托辊 ，提升方式IAbstractThis design is about Buertai miners lifting equipment selection and design, the first of Ida basic situation and enhance the status and development trend of domestic and foreign equipment overview, analysis and calculation of the lift capability, combined with the characteristics of the hoisting way, the design focuses on The feasibility of skip hoisting and lifting belt conveyor, belt conveyor continuously enhance finalized as Buertai miners inclined to enhance the way. After rigorous calculation and verification, determine the bandwidth and belt speed, chosen in line with the strength requirements of the tape Model; calculated by calculating each feature point of tension and circumferential driving force to determine the motor power and type, after a reasonable analysis Select a variable frequency drive transmission mode, since the greater power of the design with three dual-drive motor; ordinary drum strength is difficult to meet the strength requirements of the design choices of the heavy roller; selected on the basis of the carrying capacity of the roller, so choose a larger tension the controlled hydraulic tensioning device, also selected according to the size of the backstop backstop force, brakes and other components.Key words:Belt conveyors, Roller, Lifting modeI1绪论1.1井田概述布尔台煤矿是中国神华能源股份有限公司建设的集生产能力、运输提升能力、煤炭洗选加工能力三个世界第一的特大型煤矿。采掘工作面装备一流的采掘设备，运用了自动化记忆割煤技术，布尔台矿井主要的生产系统都采用三维模拟、实时监测瓦斯等有毒有害气体和自动化办公；布尔台矿井实现无轨胶轮的辅助运输；办公网络化；井下人员配置GPS定位；装备水平、技术水平、自动化程度均达到了世界领先水平。综采面数据采集及传输系统：该系统可以使井下综采工作面的煤机、三机、支架等运行参数传至集控室计算机上，方便了调度员对故障的判断并为生产调度提供数据。对综采工作面压力大小、分布情况及周期来压时间、支架初撑力情况、拉架是否及时到位等进行实时监视。 1）生产能力本设计在分析了布尔台矿井内、外部建设条件及市场供需情况的基础上，并结合神东、万利矿区相同条件矿井的开采经验，认为矿井设计生产能力确定为按2000万t/a的能力是适宜的。按2000万t/a的生产能力，考虑1.3的备用系数，则其服务的年限是78年。2）井田地质矿井的煤质优良、销路好，煤层赋存和开采技术条件优越褶皱、断层不发育，局部有小的波状起伏，无岩浆岩侵入，井田中地质构造并不复杂，瓦斯含量不高，可采煤层的层数多，煤层的厚度大，煤层的结构比较简单，煤层的顶底板比较稳定，比较适合大型综采设备的发挥。含煤层大多为侏罗系，可采煤层十层。开拓系统简单，经济效益好，技术装备先进，管理经验丰富，矿井可实现稳产高产。 3）开拓及运输方式布尔台煤矿分为三个水平开采，矿井运用主斜井、副平硐开拓方式。矿井移交时共布置5个井筒，即主斜井、回风斜井、副平硐、回风立井和孙定霍洛进风立井。主斜井：担负全矿井的煤炭提升任务，且为矿井的进风井，同时作为矿井的安全出口。井筒净宽度3.0m，净高度3.0m，净断面积18.5m2，倾角13，初期井筒斜长585m，井筒内装备带宽2.2m钢丝绳芯胶带输送机，敷设有消防洒水管和动力电缆、通信信号、照明电缆等，并设有扶手。副平硐：担负全矿井的辅助运输任务，且为主要进风井，同时作为矿井的安全出口。井筒采用半圆拱断面，净宽3.4米，净高3.3米，净断面20.0m2，倾角5，斜长1506米。井筒内敷设有消防洒水管及通信信号电缆等。回风斜井：主要担负21盘区的回风任务。井筒净宽度3.0米，净高度2.9米，净断面积16.8m2。倾角13，斜长533米。井筒内敷设排水管、台阶和扶手。孙定霍洛进风立井：主要担负矿井一、二、六盘区的进风任务，并作为安全出口，井筒装备梯子间。 孙定霍洛回风立井：主要担负矿井一、二、六盘区的回风任务，井筒直径为6.0米。经方案比较后，采用长距离、大运量胶带输送机运输系统，满足全矿井煤炭运输任务。矿井主要运输系统为：工作面工作面运输顺槽井下主运输大巷主斜井井筒地面洗煤厂。矿井副平硐倾角小，不设提升设备，经可研多方案比较，采用无轨胶轮车不转载连续运输方式，满足全矿井除煤以外的全部运输任务。矿井的辅助运输为：地面副平硐辅助运输大巷工作面辅助运输顺槽采掘工作面。1.2国内外提升设备发展现状1.2.1 国外现状煤炭提升是煤炭生产历程的一个关键环节。煤炭开采受到地质条件、煤层赋存、地貌地形等因素影响，导致煤炭的开采方式丰富多样，因此煤炭的提升方式种类繁多。常见的煤炭提升方式有串车提升、箕斗提升、罐笼提升和胶带输送机连续提升方式。立井常用箕斗或罐笼提升方式，斜井常用箕斗、串车或胶带输送机提升系统。煤炭开采水平迅速发展，装备的生产效率飞速提高，煤矿工人的操作水平显著提高，矿井提升能力日益增多；胶带输送机连续提升方式在煤炭提升中受到了极大地推崇。国外输送机技术的发展方向主要体现在两个方面：1）功能多样性、应用广泛性；2）长运距、大运量和高带速等已成为胶带输送机主要的发展方向之一1。1.2.2 国内现状箕斗提升方式广泛应用于我国煤矿主井提升。应用较多的是固定斗箱底卸式箕斗。过去矿井普遍采用扇形闸门底卸式箕斗，现在新建矿井多采用平板闸门底卸式箕斗。我国使用的立井单绳箕斗为JL或JLY型；多绳箕斗为JDS、JDSY和JDG型。煤矿斜井提升要采用后卸式箕斗，但是矿井主斜井运煤，条件适宜应优先考虑胶带输送机提升方式。煤炭行业黄金十年，我国煤炭开采水平得到了长足发展，主提升设备水平面临着新建大型煤矿和扩产扩建煤矿的双重挑战。胶带输送机有着先天优势，连续无间断的运输方式造就了它的运输能力使得传统的箕斗、罐笼、串车提升无法比拟，运输的距离长，运输结构简单，易于管理等，因此胶带输送机在提升中越来越受到青睐。胶带输送机相关科技水平的极大提升和装备水平长足发展，如驱动方式、重型滚筒生产、托辊生产技术、强力输送带制造技术等，为大型输送机的高、大、长的发展方向提供了强大的科研后盾。随着大型煤矿项目的突飞猛进，越来越多的煤矿应用长距离、高带速和大运量的胶带输送机作为主提升设备。我国掌握了“双排深槽形托辊组”技术，并在深槽型大型输送机技术上取得了很大的成就。1.3选题的目的和意义 矿井提升的设备是矿山重要和关键设备。其任务是用于煤矿、金属矿及非金属矿提升和下放人员、煤炭、矿石、矸石及运输材料和设备，在整个矿井生产中占有重要地位11。提升设备选型设计的合理性，决定着到矿井是否安全和经济，因此在选择提升方式和设备选型时，必须经过谨慎的技术指标的比较，综合经济指标，结合矿井的条件选择最佳的设备组合。本设计需要结合矿井实际条件，选择最佳提升方式。从而使得该矿井生产能力达到最大的优化配置。1.4确定矿井提升方式的原则选择提升设备之前，应先确定合理的提升方式，它对提升设备选型设计，对矿山的基建投资、生产能力、生产效率及吨煤成本都有直接影响。当矿井年产量、井深及开采水平确定之后，就要决定合理的提升方式。提升方式与井筒开拓、井上下运输等环节都有着紧密的关系。在决定合理的提升方式时，原则上要考虑下述因素：1）生产能力大于30万吨/年的大中型矿井，提升的任务量比较大，通常设置主副井两套提升系统，主井选择箕斗用于提升煤炭，副井选择罐笼用于辅助提升12。生产能力小于30万吨/年的小型矿井，根据实际提升量的大小可以选择一套或两套罐笼设备进行提升。根据经济性原则，优先选用一套提升设备。对于特大型矿井（年产量大于180万吨），矿井通常选用两套箕斗设备用于提升煤炭。2) 一般情况下，主井均采用箕斗提升方式。这是因为箕斗提升方式能力大、运转费也较低。另外，在控制上易于自动化。在特殊条件下，例如矿井生产的煤质品种多，且需分别运送，或是保证煤炭有足够的块度，主井提升设备这时只好采用罐笼。3) 矿井主斜井运煤，条件适宜应采用胶带输送机提升。4) 对于小型矿井，以选择单绳缠绕式系统为宜。对于设计产量在0.9Mt/a以上的大型矿井，以采用多绳摩擦系统为宜。对于井筒较浅中型矿井，可以选择单绳缠绕或多绳摩擦系统，也可以主井选择单绳箕斗，副井应用多绳罐笼2。1.5矿井提升系统分类根据矿井井筒倾角和提升容器不同，煤矿矿井提升系统一般分为以下几种： 1)竖井普通罐笼提升系统一个罐笼在井底进行装车，另一个罐笼则位于井口出车平台，进行卸车；两条钢丝绳的两端，分别与罐笼和天轮相连，缠绕在提升机的滚筒上。滚筒旋转带动罐笼在井筒中做循环运动，完成提升运输任务。 2)竖井箕斗提升系统煤车通过翻笼把物料卸进井下的煤仓，由装载机械将物料装进箕斗。同时，另一个箕斗位于卸载曲轨中把煤卸进煤仓里。两个箕斗在提升机的驱动下，在井筒中做循环运动，完成提升运输任务。 3)斜井串车提升系统 与斜井箕斗提升系统相比，斜井串车提升系统投资小和建设快，因此在小型矿井中应用广泛。可以分为单钩串车与双钩串车两种，其中单钩串车提升井筒断面小，投资小，可以用在多水平提升中，但产量较小，电耗大。而双钩串车提升恰恰相反。故前者多用于年产量在21万吨以下，倾角小于25的斜井中。后者多用于年产量在30万吨左右，倾角不大于25的斜井中。 4）斜井箕斗提升系统在倾斜角度大于25的斜井中，如果使用矿车提升煤炭，容易在提升运输过程中造成煤炭的撒漏，所以这种情况一般主井应采用后卸式箕斗提升。斜井箕斗提升与斜井串车提升相比，提升能力大，又容易实现自动化，但是需要设有装载、卸载设备，投资较大，而且开拓工作量也较大，适用于年产量3060万吨以上，倾角在2535的斜井中。 5）斜井胶带输送机提升系统斜井胶带输送机提升生产过程连续，运输量大，并且容易实现自动化，但初期投资较大，一般用于年产量在60万吨以上，倾角不大于18的斜井中。近年来煤炭行业的的繁荣，带动了大型煤矿的迅猛发展，不断有煤矿增产扩建，矿井提升量越来越大，传统的提升方式难以满足提升量的要求，胶带输送机作为提升方式在煤炭提升中越来越受到推崇。大型矿井的主斜井宜采用胶带输送机提升。矿井的提升量需达到7000t/h，串车提升系统和罐笼提升系统难以满足提升量要求，本设计主要考虑箕斗提升和胶带提升。1.6立井箕斗的提升计算 对于箕斗提升提升高度， (1-1)m式中：Hs矿井的深度，m；Hx卸载水平和井口的高度差，m；对于箕斗提升，地面要装设煤仓，煤仓的高度与煤仓的容积、生产环节自动化程度和箕斗的卸载方式等因素有关，一般Hx=1825m，本设计中取m；Hz卸载水平和运输水平之间的高度差，暂取20m4。我国煤矿设计部门在选择提升容器时，一般都采用经济速度法13，常用的经济提升速度为 (1-2)式中：vj经济提升速度，m/s；提升高度，138.5m。一般取中间值进行设计，即 (1-3)m/s按经济提升速度可估算经验提升时间（按五阶段速度图估算） (1-4)s式中：Tj经济提升时间，s；提升加速度，可暂取0.70.75m/s2，对于专门提升物料的容器，可取0.8m/s2； 提升容器爬行阶段附加时间，可暂取10s（对于箕斗）4。提升容器每次终了后的休止时间，50t箕斗的休止时间为50s2。依据矿井的年产量和估算一次提升的循环时间，即可求出一次合理的经济提升量：t式中：An矿井的年生产能力，t/a；c主提升设备的提升的不均衡系数，油井底煤仓时为1.101.15，没有井底煤仓为1.20；提升富裕系数，提升设备需要1.2富裕系数；t提升设备日工作小时数，t=16h；提升设备年工作天数，d。箕斗规格目前没有能满足一次合理经济提升量要求的，因此选用两对名义载重50t的箕斗，暂取箕斗型号JG 50/210A。1.7提升方式的确定 1.7.1立井箕斗提升方式如果布尔台矿井选择立井箕斗提升方式，则需要2对50吨特大型箕斗用于提升煤炭，同时需要配备2套直径为5米的大型提升机作为驱动。然而，迄今为止，50吨的特大型箕斗没有使用先例，并且提升系统繁杂，大型箕斗难以生产，成本高；国内还没有能力生产直径为5米的大型提升机，因此该提升机还需要进口，这个方案投资太大，没有可借鉴的的案例，技术上也难以执行。1.7.2胶带输送机提升方式然而选择胶带输送机作为提升设备，一般一条胶带输送机就能满足提升任务要求，而且胶带输送机提升系统结构不复杂、运量大、易于管理、非常经济。通常，胶带输送机的铺设角度只能达到121614；采用深槽型托辊可以适当提高铺设的倾角，最大倾角就能达到27；胶带的类型也对铺设倾角有很大影响，花纹胶带最大铺设倾角为35，倾角太大时要选用合理方案。1.7.3提升方式的确定由于布尔台井田煤层赋存的条件，经方案比较后，适合采用长距离和大运量的胶带输送机提升系统，满足全矿井煤炭运输任务。本矿井副平硐倾角小，不设提升设备，经可研多方案比较，采用胶轮车不转载连续运输方式，满足全矿井除煤以外的全部运输任务。目前国内外胶带输送机相关技术发展水平和实际应用情况，布尔台煤矿主提升系统胶带输送机如此大型的胶带输送机国内尚无建设先例。这样对胶带输送机主斜井连续提升技术提出新的课题研究。 由于主斜井提升的特殊性，结合布尔台矿主斜井井筒的特点，采用双滚筒多电机驱动方案。井筒断面越大，设备与井巷工程投资越大，建井工期越长，见效越慢。因此设计采用单条胶带输送机承担全矿原煤提升任务。2 胶带输送机提升能力计算2.1设计依据和原始参数1）主井井口标高+1176.00m2）落底标高+1043.50m3）矿井的生产能力20.00Mt/a4）2-1煤北主运输的输送能力为3500t/h，5-1煤北主运输的输送能力为3500t/h5）年工作300d，日工作16h2.2带速和带宽2.2.1带速选择的原则胶带输送机输送能力和带宽、带速息息相关，运输量和带宽大时，优先选择选择高带速。运距长，应选择高带速。输送机的倾角大时，应选择低带速4。带宽的大小决定了巷道断面的大小，巷道断面越大，井巷工程量，投资就越多；然而带速越高井巷工程费用越低，物料单位长度的质量越小，所需胶带强度就越低，减速器的传动比越小2。因此，在设计中必须综合考虑带宽和带速，不仅满足胶带输送机的提升能力和运行的可靠性的要求， 又满足经济性的要求。胶带输送机的设计中，优先要考虑的就是带宽。比较常用标准带宽为5002400mm。2.2.2带宽和带速组合t/h由输送能力，可以利用下式得胶带最小宽度 （2-1）式中：B胶带宽度，；设计运输能力，t/h；物料密度；kg/m3；货载的断面系数，与堆积角有关，槽型胶带，见表2-1，取K0.385；胶带速度，m/s；C倾角系数，查矿山固定设备选型使用手册表3-1-4，=13可得C=0.92。表2-1 货载的断面系数KTab 2-1 cargo section coefficient K货载堆积角1020253035K值槽型0.3160.3850.4220.4580.496平型0.0670.1360.1720.2090.247输送量 （2-2）式中： 输送带上物料最大的横截面积，见图2-1，运行堆积角，=15；其他参数同前。图2-1胶带输送机横截面面积计算示意图Fig 2-1 belt conveyor schematic cross sectional area calculation （2-3） （2-4） （2-5）S=0.1362+0.4148=0.551由输送能力计算了3组带速、带宽的选择方案：表2-2 带速、带宽的选择Tab 2-2 tape speed， selection of the bandwidth方案B/mb/ml3/mS1/m2S2/m2S/m2方案12.0351.750.7500.110.330.44方案22.0451.750.7500.090.390.48方案32.2351.950.8250.140.410.551方案1:带宽为B=2000mm，承载托辊槽角=35，为了满足输送能力带速需大于5.3m/s。带速越高，输送机的制造精度要越高，安装质量要更高，托辊的寿命越短。方案2:带宽为B=2000mm，承载托辊槽角=45，为了满足输送能力带速需大于3.9m/s，槽角越大输送带的寿命越短。方案3:带宽B=2200m m，承载托辊槽角=35，为了满足输送能力带速需大于3.3m/s。经过分析，方案3输送机的槽角、带速相对比较合理。所以本设计选用带宽2.2m，带速为4.7m/s。2.3传动滚筒圆周驱动力的计算滚筒圆周驱动力应为输送机上个阻力总和；圆周驱动力为： （2-6）式中：传动滚筒圆周驱动力，N；主要的阻力，N；主要特种阻力，N； 附加特种阻力，N；输送机的倾斜阻力；N；C附加阻力系数，附加阻力系数C由表2-3查取。表2-3 附加阻力系数Tab 2-3 additional drag coefficientL/m8010015020030040050060070080090010001500200025005000C1.921.781.581.451.311.251.201.171.141.121.101.091.061.051.041.03注：装料系数在0.71.1范围内。2.3.1主要阻力计算输送机主要的阻力包括承载物料，输送带移动和托辊旋转产生的阻力之和，可由式（2-8）计算。可以利用式（2-7）取舍所需项，分别计算承载主要阻力和回程主要阻力。 （2-7）式中 : FH可分别为承载主要阻力和空载主要阻力，N；f模拟摩擦因数，根据工作条件及制造安装水平决定，查表2-4，取f=0.03；L输送机长度，m；g重力加速度，m/s2； 输送机倾角，输送机在运行方向的倾斜角；=13，； 输送带上单位长度物料的质量，kg/m； 上托辊单位长度质量，kg/m； 下托辊单位长度质量，kg/m； 单位长度输送带的质量，kg/m。1）输送带的单位长度质量qBST3150型阻燃输送带，kg/m4。2）输送物料的单位长度质量 （2-9） kg/m 3）托辊单位长度质量（1）承载托辊单位长度质量 （2-10）（2）回程托辊单位长度质量 （2-11）式中： G1上托辊转动部分质量，G1=83.5kg；G下托辊转动部分质量，G=77.7kg。kg/m kg/m kN2.3.2主要特种阻力的计算 1）主要特种阻力FS1 （2-11）其中 （2-12）式中： 槽形系数，；托辊和输送带之间的摩擦因数，；装前倾托辊的输送机的长度，m；托辊前倾角度；其它符号同前。2）前倾上托辊的摩擦阻力F1 （2-13） kN 3）前倾下托辊的摩擦阻力 （2-14）式中： 下托辊槽角；=15。其它符号同前。经计算，F2=1.7kN。F= F1+ F2=3.7kN （2-15）式中：l 导料槽栏板长度，m；取l=7.5m。 b1 导料槽两栏板间宽度，m；取 b1 =1.2m。 1物料和导料拦板之间的摩擦因数，一般取为0.50.7；取2 =0.7。 IV 输送能力，m3/s所以导料槽栏板的摩擦阻力Fgl kNFS1=3.7+1.7=6.4kN。2.3.3附加特种阻力的计算附加特种阻力FS2包括输送带清扫器摩擦阻力和卸料器摩擦阻力等部分，按下式计算： FS2=n3Fr+Fa （2-16）Fr=Ap3 （2-17）Fa=Bk2 （2-18）式中：A清扫器和输送带接触面积，m2，查矿山固定设备选型使用手册表2-11得A=0.012m2；P清扫器与输送带之间正压力，N/m2，通常取N/m2，取N/m2；3清扫器和输送带之间的摩擦因数，取3=0.7；k2刮板系数，取1.5kN/m。NNFS2=5840+3300=7500N=7.5kN2.3.4倾斜阻力的计算 倾斜阻力是在倾斜输送机上，物料提升时需要克服的重力。倾斜阻力FSt按下式计算 : （2-19）式中：FSt倾斜阻力，N； H井筒高度，138.5m；其他符号同前。N胶带输送机驱动滚筒所需的圆周力等于所有阻力之和。长距离的输送机，附加阻力明显小于主要阻力，采用将主要阻力乘以1个大于1的系数来计算附加阻力。为此引入一个叙述C，对倾角小于18的胶带输送机可以用下式计算驱动滚筒所需的牵引力（圆周力）。驱动圆周力： （2-20）系数C依输送机长度的不同由矿山运输机械表418按插值法得C=1.17；kN。2.4传动滚筒的轴功率及电动机功率计算胶带输送机驱动滚筒上所需的运行功率，与牵引力（圆周力）和输送机的速度息息相关，即运行功率为 （2-21）式中：驱动滚筒所需运行功率，kW；驱动滚筒所需牵引力（圆周力），kN；输送带的速度，4.7m/s。kW电动机的功率 ： （2-22）式中：PA驱动滚筒所需运行功率，3361kW；电动机总功率，kW；k电动机的功率系数，取；kW 该设计传动系统采用双滚筒模式运作，则每台电动机的功率为 kW选用3台电机功率为1600kW，功率配比为2：1的双滚筒驱动。2.5 输送带张力计算 2.5.1驱动滚筒功率配比本设计采用双滚筒分别驱动。传动滚筒功率配比P：P=2：1，依线路分析各阻力情况，张力分布点如图2-2：图2-2 张力分布点图Fig 2-2 tension distribution points2.5.2各特性点张力计算功率配比2：1时kNkNkN kNkN说明：为简化计算，输送带经过改向滚筒的弯曲阻力F1和改向滚筒轴承阻力Ft之和W可用式W=（K-1）计算式中：改向滚筒趋入点张力，N；K改向滚筒阻力系数；45时，K=1.0290时，K=1.03180时，K=1.04为输送带在改向滚筒上的围包角。依逐点计算法得：kNkN kN =136.1kN kN =812.4kN kNkN2.5.3输送带不打滑条件校核圆周驱动力FU 通过滚筒和胶带的摩擦传递至输送带上（见图2-3）。为保证输送带不发生打滑，则最小张力F2min ：图2-3作用在输送带的张力Fig 2-3 acting on the belt tension 输送带不打滑的条件为： （2-23）式中：输送机满载启动或者制动时产生最大的圆周驱动力，启动时；动载荷系数，本设计取KA=1.3；传动滚筒和输送带之间的摩擦系数，采区空气潮湿取； 输送带围包角，rad；双滚筒驱动取7.7，折合=400； e欧拉系数；其他符号同前。 kNkN 故满足输送带不打滑的条件。 2.5.4输送带的下垂度校核垂度条件，作用于输送带上任意点的张力不得小于。承载段： （2-24） kN回程段： （2-25） kN式中：输送带许用的最大垂度，； 上托辊间距；取m； 下托辊间距；取m。2.5.5确定传动滚筒合张力第一滚筒合张力： F1=S14+S14-1=337.7+864.3=1202kN第二滚筒合张力： F2=S14-1+S1=337.7+99.3=437kN2.6逆止力计算倾斜输送机，都需要计算逆止力。运行条件不同，逆转力也是是不同的。最大的逆止力在输送机承载段只有上升段满载，而其他区段为空载的条件下9。所需要的最小的逆止力FL ： N为了保证安全，乘了个0.8的系数，逆止力矩为： kN.m式中：D传动滚筒直径，mm；其他符号同前。 逆止器需要的逆止力矩为式中：i传动比，i=25；传动效率，；1联轴器的效率，取 ；2减速器传动效率，三级减速机；其他符号同前。kN.m2.7拉紧力计算拉紧装置拉紧力式中： 拉紧滚筒趋入点张力（N）；拉紧滚筒奔离点张力（N）。kN2.8输送带钢绳芯强度计算 据DT型皮带机设计手册，胶带强度需满足强度要求。 式中：m胶带安全系数；m胶带许用安全系数；m0钢绳芯胶带基本安全系数，取；动载荷系数，取1.05；胶带附加弯曲伸长折算系数，本设计取；输送带接头的效率，取0.75；其他符号同前。选用的是ST3150型阻燃输送带，其拉断强度是3150N/mm，带宽2200mm，输送带强度计算，以最大静张力校核。满足强度要求。 式中：阻燃带纵向拉断强度，3150N/mm；输送带宽度，2200mm；输送带运行所受到的最大的静张力，8.9105N；其他符号同前。输送带的最大张力kN绳芯最小纵向拉伸强度： 式中：静安全系数，本设计取7。N/mm所选的输送带，满足强度的要求。3胶带输送机主要部件选择计算3.1 传动装置选择3.1.1 拖动方式 1）常用拖动方式 大型胶带输送机的驱动装置主要有：直流电机驱动装置、交流变频调速驱动装置、可控硅电动机调速驱动装置、鼠笼式感应电动机驱动、绕线电机转子回路串接电阻的软起动驱动装置、液体粘性传动调速装置、CST可控驱动系统等7种。 2）拖动方式的选择 对于布尔台煤矿主提升胶带输送机采用变频调速拖动方式具有以下特殊意义。（1）CST系统属于机械调速方式，按照设计的带速运行，功耗大，托辊和滚筒磨损严重。 （2）布尔台矿产量这么大的特大型胶带输送机，国内外尚无先例，无可借鉴的经验。在调试和运行时可能出现一些不确定性故障和危险。所以，该设备在初期阶段，需要限制速度，掌握相关技术和运行稳定后才可以适当提高带，这个过程CST系统无法完成的。 （3）输送机的变频器布置于主斜井井口房供配电室内，变频器可以经电缆连接驱动电机，可以完成输送机变频驱动的方案。 因此，根据可行性研究报告，布尔台煤矿主提升胶带输送机的驱动装置确定采用减速器+中压变频调速拖动方式。该方案属于电气类传动，系统采用电机YKK5602-4，功率1600kW，配用进口减速器i=25，两套。采用AB公司的PowerFlexTM7000中压变频器，该变频器使用6.5kV，800A/1500A的对称门极换流晶闸管（SGCT），变频所用逆变开关数量比常规中压变频器的器件数量少，安全可靠。它能在四象限输出正旋的电压电流波形，不必配备变频电机。适合本设计的PowerFlexTM7000中压变频器，有18脉冲整流器和PWM整流器两种，均能满足IEEE5191992谐波标准，其中后者结构简单，对于6kV电网，不需整流变压器，但价格高10%。由于中压变频器输出为6kV，本方案中配置电动机的额定电压应为6kV。基于电网为10kV，18脉冲整流器只需将其中的整流变压器一次侧改为10kV，而PWM整流器需增加10kV/6 kV变压器。综合考虑，PWM整流器比18脉冲整流器的设备投资约多140万。据此，本方案采用18脉冲整流器。主斜井胶带输送机通过PowerFlexTM7000中压变频器进行软启动、调速和软制动，同时运行中电机效率高，有一定的节能效果。3.1.2 电动机电动机的额定转速根据生产要求而选定，因为功率不变时，电动机的转速越低，尺寸越大，效率越低，而价格越贵。本设计中电动机采用YKK系列笼型铸铝转子电机，绝缘等级为F级。电机型号为YKK5603-4，同步转速1500r/min，防护等级为IP54，额定转速为1480r/min，功率因数0.88，额定功率为1600kW，供电电压660V，电源频率为50Hz，能够在满负荷、电压变化在5%额定电压、频率变化在1%额定频率条件下无故障工作。图3-1 传动装置布置图Fig 3-1 arrangement of transmission device3.1.3 减速器 大型胶带输送机所选用的减速器主要是SEW和弗兰德。由于电机功率为 1600kW，减速器减速比为25，配套选用的大型减速器齿轮箱传递扭矩很大，工作时必须设置强制润滑系统和冷却装置才能正常运行1。减速器选则计算：a 计算速比 传动滚筒轴转速r/min 电机转速n1=1480r/min 减速比 本设计i取25。 b计算功率PnSFPa=1.41600=2240kW 式中：Pn减速器的计算功率，kW；SF服务系数，取1.251.4（胶带输送机），取1.3；Pa传动滚筒的轴功率，kW。选取减速器型号为MC3P09。图3-2 MC3P09减速器展开简图Fig 3-2 MC3P09reducer diagram 3.1.4联轴器的选择联轴器是机械传动中常用的部件。通过对各种联轴器的选择比较，本设计中联轴器采用蛇形弹簧联轴器。其具有下述特点：装有弹性元件，允许被联接两轴有一定的轴向位移以及少量的径向位移和角位移，而且具有缓冲减振的作用。传递转矩的能力很大，结构更为简单，安装、制造方便，耐久性好，适用于轴向窜动较大、正反转变化较多和起动频繁的环境。蛇形弹簧联轴器除了具有较好的减震效果以外，还具有拆装方便的显著优点。因此布尔台矿主提升胶带输送机选择蛇形弹簧联轴器1。（1） 系统扭矩计算， 系统扭矩式中： 电机功率，kW ； kW ；联轴器的实际转速，r/min ；r/min2） 工况系数胶带输送机选择电动机驱动的方式，工况系数取KSF=1， 3） 所需联轴器最小扭矩M: kN.mkN.m4）确定联轴器型号 综合分析后确定联轴器规格如下： 低速轴选择1220T10型联轴器，其额定扭矩336kN.m； 高速轴采用1130T10型联轴器，其额定扭矩19.9kN.m。3.2输送带3.2.1输送带的选择输送带不仅是承载机构，而且是牵引构件，在承受为克服输送带的运行阻力所必需的牵引力的同时，它的张力还要满足滚筒摩擦传动的需要。不仅仅需要满足强度要求，满足挠性和弹性的要求。钢丝绳芯输送带有普通型与加强型。普通型由纵向排列的钢丝绳作为带芯，外包中间胶和覆盖胶制成。加强型又称防撕裂型，在纵向钢丝绳与覆盖胶之间，加了12层由合成纤维线绳或钢丝绳横向排列组成的横向加强层，增强了胶带的防撕裂性。图3-2 钢丝绳芯体横断面Fig 3-2 Rope core cross section钢丝绳芯胶带的强度高，抗冲击，伸缩率小和耐弯曲性能好；带体柔软，成槽性良好。故可长距离、高速度、大运量的铺设和运行。本设计采用ST3150阻燃抗撕裂型钢丝绳芯输送带。 3.2.2输送带的连接1)机械接头机械接头对带芯有损伤，接头效率只有25%60%，寿命短，并且接头对滚筒表面存在损害。但钢丝绳芯输送带一般不采用机械接头方式。2)硫化接头 硫化接头能承受的拉力大，对滚筒无损害，使用寿命长，接头效率达60%95%，但接头工艺复杂。因此，本设计输送带的联接采用硫化联接。3.3滚筒3.3.1传动滚筒 1）传动滚筒的结构确定传动滚筒是传递力和力矩的重要部件，它是依靠滚筒和输送带间的摩擦力牵引输送带运行的部件7。 由于到所需传动力矩较大，选择人字形沟槽铸胶重型滚筒。 2）传动滚筒的直径确定传动滚筒直径选择应满足以下三个计算条件： （1）滚筒最大面压要求的最小滚筒的直径 根据张力和面压计算的最小滚筒直径：式中： 输送带的最大张力，kgf；Fmax=90722.8kgf Pf滚筒最大面压，N/m2；大型胶带输送机驱动滚筒面压不宜大于12kgf/cm2，取Pf=10kgf/cm2 p输送带钢丝绳的间距，mm；带强为ST3150时 p=15mm。 d输送带钢丝绳的直径，mm；带强为 ST3150时d=8.1mm。 B输送带的宽度，cm；B=220cm。 因此：cm （2）输送带钢丝绳挠曲疲劳要求的最小滚筒直径 D150d=1508.1=1215mm （3）防止输送带覆盖胶龟裂考虑的最小滚筒直径 D35(d/2+S1)式中：S1上盖胶厚度；带强为 ST3150时，S1=8mm；其他符号同前。mm因此，取驱动滚筒的直径为D=1400mm。同时传动滚筒所承受的最大径向力为1227.7kN，普通传动滚筒难以承受如此大径向力，所以本设计选择重型滚筒，其图号为10ZB1438。选择的传动滚筒其他参数：mm，kN，kg.m2，重量kg。3.3.2改向滚筒带式输送机采用改向滚筒或改向托辊组来改变输送带的运动