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（河南万合机械有限公司，河南 新密 452371）
摘 要：为使运输能力满足生产要求，针对白坪矿主斜井带式输送机的现状，结合生产实际情况，对输送机的布置方式及驱动装置等主要部件进行了优化设计、校核。实践证明，采用该设计方案的输送机整机结构布置合理，驱动可靠，经济效益明显。
关键词：主斜井；带式输送机；大倾角；改造
中图分类号：TD528
0 概述
中国郑煤集团（河南）白坪煤业有限公司2007年核定的生产能力为2.4Mt/a。2013年，矿井进行了升级改造，其生产能力提升至4.0Mt/a。原有的主斜井运输设备的生产能力已不能满足需求，需要对其进行升级改造。
1 带式输送机的改造设计
1.1 主要设计参数及已有的設备配置
已有的主斜井带式输送机主要技术参数：输送量Q=400t/h；输送机长L=1380m；输送带宽B=1200mm；输送机倾角δ=20°～27°～25°～19°50′；输送带速度v=3.15m/s；提升高度H=539m。已有输送机的设备配置为：4台YKK500-4（4×450KW）电动机，4台CST750KS可控驱动控制系统，2台DSN530逆止器（逆止力矩为530KN·m），1套KZP1800/4×160制动器（制动力矩为336KN·m），1套ZYL400型自控液压张紧装置，输送带为ST4500钢丝绳芯输送带。
1.2 改造方案的确定
根据矿井改造的要求，主运输能力须达到600t/h才能满足产能4.0Mt/a的生产要求。为此，提出以下三种方案。
（1）采用一部带式输送机运输，即更换电动机、传动滚筒和胶带型号；把现有电动机更换为4台YB2 5004-4（3×800KW、三用一备）电动机；将φ1600×400滚筒更换为φ1800×1400滚筒；输送带更换为ST5000钢丝绳芯输送带。该方案优点：简化了运输系统和供电系统，减少故障发生点，整机使用维修方便；缺点：现有设备利用率不高，改造周期长，投入成本高。
（2）采用线摩擦带式输送机运输，即在现有主机的基础上增加两部200米长的子机，子机采用YKK500-4（2×450KW）电动机驱动；该方案优点：降低成本，并可延长承载带的使用寿命；缺点：工程量大，且传动效率有所降低。
（3）分为两部带式输送机运输，即第一部输送机仍采用现有的YKK500-4（4×450KW）电动机驱动，第二部输送机采用YB2 4504-4（2×500KW）电动机驱动。该方案优点：运量增加，运行可靠性提高，亦可降低成本；缺点：两部带式输送机搭接运输，增加了中转环节，部分巷道硐室扩修工程量大 ，需考虑设备的运输、安装情况。
通过对上述三种方案在经济投入、施工周期以及原设备利用率等方面进行比较和综合论证，方案1、方案2对系统改造大，资金投入多。方案3相对于前两种方案，具有成本低、施工快、设备利用率高等优点。因此，设计采用方案3。
1.3 输送机的整机布置方案设计
考虑到节省成本、设备互换性和缩短工期的因素、现在在原有设备的基础上进行改造。原有的驱动布置、中间部分及机尾均不变；仅在距原有机头卸载部约700m（斜长）的位置增加一次机头卸载及两部驱动装置，使其变更为两部设备。两部设备带速保持一致，主要设备型号选择一致。整个系统布置方案如图1所示（两部设备布置方式相同，第二部设备机头搭接在第一部设备的机尾上）。
2 理论计算及设备选型设计
2.1输送能力和输送带的校核
带式输送机的输送能力：Im=Svkρ=1322>500t/h。式中S为输送带上物料的最大横截面积，0.1824m2； k为倾角系数，查《运输机械设计选用手册》表2-28，取0.71；ρ为被输送散状物料的堆积密度，取900Kg/m3；
由输送物料的块度决定带宽：B≥2amax+200=1000mm式中amax为原煤的最大粒度，取400mm。实际确定带宽时，但考虑到更有效地防止撒料，运输角度大，物料且为原煤的状况，同时与已有设备的互换性，故继续选用带宽为1200mm的ST4500钢丝绳芯输送带。
2.2托辊及中间部的选择
托辊的选择主要考虑托辊的承载能力和寿命。考虑到通用性，两部运输机托辊继续选用φ159托辊、轴承型号为4G306（中间部受力较大处托辊轴承型号为4G308），由于是大倾角带式输送机，中间部继续采用60°四节深槽形托辊组（如图2所示）。
2.3圆周动力、所需传动功率及带强的设计选型计算
⑴圆周驱动力
传动滚筒上所需圆周驱动力FU为所有阻力之和，即FU=CFH+ FS1+ FS2+ FSt
①C为附加阻力系数1.14。
②FH为输送机的主要阻力，FH=fLg[qRO+qRU+（2qB+qG）cosδ]。其中，f为模拟摩擦系数，取0.04；g为重力加速度，取10m/s2；qRO为承载分支托辊每米旋转部分质量，取35.1Kg/m；qRU为回程分支托辊每米旋转部分质量，取8.85Kg/m；qB为单位输送带的质量，取54Kg/m；qG为单位输送物料的质量， qG=Q/（3.6v）=52.91Kg/m；δ1为21.6°，δ2为24.8°。代入计算得，第一部运输机FH`=54.197KN，第二部运输机FH``=51.686KN。
③FS1为特种主要阻力， FS1= Fε+ Fg1；Fε为托辊前倾阻力，无前倾，取Fε=0；Fg1为输送物料与导料挡板间的摩擦阻力，Fg1=μ2Iv2ρgl/（v2b12）。μ2为物料与导料板之间的摩擦因数，取0.7；Iv为输送能力，取0.408；l为导料槽长度，取6.0m；b1为导料槽两挡板间宽度，取0.85m。代入计算得，FS1=0.223KN。 ④FS2为特种附加阻力，FS2=n Fr=4KN。其中n为清扫器个数，取4；Fr为清扫器摩擦阻力，取为1000N。
⑤FSt 为倾斜阻力，FSt=qGgH。其中H`=257m，H``=282m。代入计算得，第一部运输机FSt `=136KN，第二部运输机FSt`` =149KN。
综上，第一部运输机FU`=202KN。第二部运输机FU``=212KN。
⑵传动滚筒轴功率、驱动电机所需功率及电机的选型
①传动滚筒轴功率：
第一部运输机为PA`=FU`v/1000=636KW
第二部运输机为PA``=FU``v/1000=668KW
②驱动电机所需功率：
第一部运输机为PM`=KPA`/η=919KW
第二部运输机为PM``=KPA``/η=965KW
式中，K为电动机功率系数，取K=1.3；η为采用变频调速启动时的综合效率，取η=0.9。
③根据计算所需电机功率，考虑到设备的利用，第一部输送机可以选取450KW×4，电动机型号为YKK500-4。第二部输送机可以选取500KW×2，电动机型号为YB2 4504-4。
⑶输送带各特性点张力的计算
逐点张力法计算，各特性点张力如下：
S1=130380N S2=134291N S3=7412N S4=7634N S5=7863N S6=8099N S7=8342N S8=320806N
S9=330430N S10=340343N
S1’=130380N S2’=134291N S3’=7412N S4’=7634N S5’=7863N S6’=8099N S7’=8342N S8’=320806N
S9’=330430N S10’=340343N
⑷输送带强度验算
根据张力计算钢丝绳芯输送带的安全系数：m=σB/Smax=14.61，其中σ为ST4500钢丝绳芯输送带带强，Smax为输送带最大张力。考虑到输送带的寿命，磨损及备用能力，取安全系数m≥8即可。根據现有输送带的使用情况，继续选用带宽为1200mm的ST4500钢丝绳芯输送带可以满足要求。
2.4其它部件的选择
⑴减速器的选型
带式输送机实现可控启动的常用方式为电动机搭配机械调速装置。从技术的先进性，我们优先选用CST可控启动传输。根据计算速比i=πDn/（60v）=40.62。其中，D为传动滚筒直径，n为电动机转速，1500r/min。我们选用CST750KS可控驱动控制系统，传动比为38.5325。则输送带的实际速度v’=πDn/（60i）=3.26s。（v’-v）/v<5%，满足要求。
⑵制动器选型
对上运带式输送机，为防止倒转及充分安全，必须配置合理的逆止和制动装置，制动器所需制动力矩：M=1.5·D/2·gL·[qG sinβ-（qG+2qB+ qRO+qRU）fcosβ]/1000=102KN。 考虑到设备的通用性和互换性，制动器采用KZP1800/4×160盘式制动器，制动力矩336KNm。
⑶逆止器选型
考虑到2台逆止器安装时的力矩不均衡系数，单台逆止器的逆止力矩为：MN=1.3M=133KN。根据设备实际使用情况，选择2台DSN530接触式逆止器，单台逆止力矩530KN.m；
⑷拉紧装置的选型
考虑实际设备使用情况，经过验算，两部输送机使用ZYL400自动液压拉紧装置均能满足要求。
3 结语
白坪主斜井带式输送机的改造结合整机设备本身及整个系统的配置和现状，以提高运输量和安全生产为前提，本着投资少、工期短、见效快的原则进行改造设计。该设计方案的输送机整机结构布置合理，驱动可靠，明显满足了设计要求，达到了产业升级和改造的目的。
参考文献：
[1]王锐.小型矿用大倾角带式输送机的优化设计及应用[J].煤矿机械，2012，33（7）：40-42.
[2]运输机械设计选用手册编辑委员会. 运输机械设计选用手册[K].北京：化学工业出版社，2009.
[3]毋虎城，裴文喜.矿山运输与提升设备[M].北京：煤炭工业出版社，2004.
摘 要：为使运输能力满足生产要求，针对白坪矿主斜井带式输送机的现状，结合生产实际情况，对输送机的布置方式及驱动装置等主要部件进行了优化设计、校核。实践证明，采用该设计方案的输送机整机结构布置合理，驱动可靠，经济效益明显。
关键词：主斜井；带式输送机；大倾角；改造
中图分类号：TD528
0 概述
中国郑煤集团（河南）白坪煤业有限公司2007年核定的生产能力为2.4Mt/a。2013年，矿井进行了升级改造，其生产能力提升至4.0Mt/a。原有的主斜井运输设备的生产能力已不能满足需求，需要对其进行升级改造。
1 带式输送机的改造设计
1.1 主要设计参数及已有的設备配置
已有的主斜井带式输送机主要技术参数：输送量Q=400t/h；输送机长L=1380m；输送带宽B=1200mm；输送机倾角δ=20°～27°～25°～19°50′；输送带速度v=3.15m/s；提升高度H=539m。已有输送机的设备配置为：4台YKK500-4（4×450KW）电动机，4台CST750KS可控驱动控制系统，2台DSN530逆止器（逆止力矩为530KN·m），1套KZP1800/4×160制动器（制动力矩为336KN·m），1套ZYL400型自控液压张紧装置，输送带为ST4500钢丝绳芯输送带。
1.2 改造方案的确定
根据矿井改造的要求，主运输能力须达到600t/h才能满足产能4.0Mt/a的生产要求。为此，提出以下三种方案。
（1）采用一部带式输送机运输，即更换电动机、传动滚筒和胶带型号；把现有电动机更换为4台YB2 5004-4（3×800KW、三用一备）电动机；将φ1600×400滚筒更换为φ1800×1400滚筒；输送带更换为ST5000钢丝绳芯输送带。该方案优点：简化了运输系统和供电系统，减少故障发生点，整机使用维修方便；缺点：现有设备利用率不高，改造周期长，投入成本高。
（2）采用线摩擦带式输送机运输，即在现有主机的基础上增加两部200米长的子机，子机采用YKK500-4（2×450KW）电动机驱动；该方案优点：降低成本，并可延长承载带的使用寿命；缺点：工程量大，且传动效率有所降低。
（3）分为两部带式输送机运输，即第一部输送机仍采用现有的YKK500-4（4×450KW）电动机驱动，第二部输送机采用YB2 4504-4（2×500KW）电动机驱动。该方案优点：运量增加，运行可靠性提高，亦可降低成本；缺点：两部带式输送机搭接运输，增加了中转环节，部分巷道硐室扩修工程量大 ，需考虑设备的运输、安装情况。
通过对上述三种方案在经济投入、施工周期以及原设备利用率等方面进行比较和综合论证，方案1、方案2对系统改造大，资金投入多。方案3相对于前两种方案，具有成本低、施工快、设备利用率高等优点。因此，设计采用方案3。
1.3 输送机的整机布置方案设计
考虑到节省成本、设备互换性和缩短工期的因素、现在在原有设备的基础上进行改造。原有的驱动布置、中间部分及机尾均不变；仅在距原有机头卸载部约700m（斜长）的位置增加一次机头卸载及两部驱动装置，使其变更为两部设备。两部设备带速保持一致，主要设备型号选择一致。整个系统布置方案如图1所示（两部设备布置方式相同，第二部设备机头搭接在第一部设备的机尾上）。
2 理论计算及设备选型设计
2.1输送能力和输送带的校核
带式输送机的输送能力：Im=Svkρ=1322>500t/h。式中S为输送带上物料的最大横截面积，0.1824m2； k为倾角系数，查《运输机械设计选用手册》表2-28，取0.71；ρ为被输送散状物料的堆积密度，取900Kg/m3；
由输送物料的块度决定带宽：B≥2amax+200=1000mm式中amax为原煤的最大粒度，取400mm。实际确定带宽时，但考虑到更有效地防止撒料，运输角度大，物料且为原煤的状况，同时与已有设备的互换性，故继续选用带宽为1200mm的ST4500钢丝绳芯输送带。
2.2托辊及中间部的选择
托辊的选择主要考虑托辊的承载能力和寿命。考虑到通用性，两部运输机托辊继续选用φ159托辊、轴承型号为4G306（中间部受力较大处托辊轴承型号为4G308），由于是大倾角带式输送机，中间部继续采用60°四节深槽形托辊组（如图2所示）。
2.3圆周动力、所需传动功率及带强的设计选型计算
⑴圆周驱动力
传动滚筒上所需圆周驱动力FU为所有阻力之和，即FU=CFH+ FS1+ FS2+ FSt
①C为附加阻力系数1.14。
②FH为输送机的主要阻力，FH=fLg[qRO+qRU+（2qB+qG）cosδ]。其中，f为模拟摩擦系数，取0.04；g为重力加速度，取10m/s2；qRO为承载分支托辊每米旋转部分质量，取35.1Kg/m；qRU为回程分支托辊每米旋转部分质量，取8.85Kg/m；qB为单位输送带的质量，取54Kg/m；qG为单位输送物料的质量， qG=Q/（3.6v）=52.91Kg/m；δ1为21.6°，δ2为24.8°。代入计算得，第一部运输机FH`=54.197KN，第二部运输机FH``=51.686KN。
③FS1为特种主要阻力， FS1= Fε+ Fg1；Fε为托辊前倾阻力，无前倾，取Fε=0；Fg1为输送物料与导料挡板间的摩擦阻力，Fg1=μ2Iv2ρgl/（v2b12）。μ2为物料与导料板之间的摩擦因数，取0.7；Iv为输送能力，取0.408；l为导料槽长度，取6.0m；b1为导料槽两挡板间宽度，取0.85m。代入计算得，FS1=0.223KN。 ④FS2为特种附加阻力，FS2=n Fr=4KN。其中n为清扫器个数，取4；Fr为清扫器摩擦阻力，取为1000N。
⑤FSt 为倾斜阻力，FSt=qGgH。其中H`=257m，H``=282m。代入计算得，第一部运输机FSt `=136KN，第二部运输机FSt`` =149KN。
综上，第一部运输机FU`=202KN。第二部运输机FU``=212KN。
⑵传动滚筒轴功率、驱动电机所需功率及电机的选型
①传动滚筒轴功率：
第一部运输机为PA`=FU`v/1000=636KW
第二部运输机为PA``=FU``v/1000=668KW
②驱动电机所需功率：
第一部运输机为PM`=KPA`/η=919KW
第二部运输机为PM``=KPA``/η=965KW
式中，K为电动机功率系数，取K=1.3；η为采用变频调速启动时的综合效率，取η=0.9。
③根据计算所需电机功率，考虑到设备的利用，第一部输送机可以选取450KW×4，电动机型号为YKK500-4。第二部输送机可以选取500KW×2，电动机型号为YB2 4504-4。
⑶输送带各特性点张力的计算
逐点张力法计算，各特性点张力如下：
S1=130380N S2=134291N S3=7412N S4=7634N S5=7863N S6=8099N S7=8342N S8=320806N
S9=330430N S10=340343N
S1’=130380N S2’=134291N S3’=7412N S4’=7634N S5’=7863N S6’=8099N S7’=8342N S8’=320806N
S9’=330430N S10’=340343N
⑷输送带强度验算
根据张力计算钢丝绳芯输送带的安全系数：m=σB/Smax=14.61，其中σ为ST4500钢丝绳芯输送带带强，Smax为输送带最大张力。考虑到输送带的寿命，磨损及备用能力，取安全系数m≥8即可。根據现有输送带的使用情况，继续选用带宽为1200mm的ST4500钢丝绳芯输送带可以满足要求。
2.4其它部件的选择
⑴减速器的选型
带式输送机实现可控启动的常用方式为电动机搭配机械调速装置。从技术的先进性，我们优先选用CST可控启动传输。根据计算速比i=πDn/（60v）=40.62。其中，D为传动滚筒直径，n为电动机转速，1500r/min。我们选用CST750KS可控驱动控制系统，传动比为38.5325。则输送带的实际速度v’=πDn/（60i）=3.26s。（v’-v）/v<5%，满足要求。
⑵制动器选型
对上运带式输送机，为防止倒转及充分安全，必须配置合理的逆止和制动装置，制动器所需制动力矩：M=1.5·D/2·gL·[qG sinβ-（qG+2qB+ qRO+qRU）fcosβ]/1000=102KN。 考虑到设备的通用性和互换性，制动器采用KZP1800/4×160盘式制动器，制动力矩336KNm。
⑶逆止器选型
考虑到2台逆止器安装时的力矩不均衡系数，单台逆止器的逆止力矩为：MN=1.3M=133KN。根据设备实际使用情况，选择2台DSN530接触式逆止器，单台逆止力矩530KN.m；
⑷拉紧装置的选型
考虑实际设备使用情况，经过验算，两部输送机使用ZYL400自动液压拉紧装置均能满足要求。
3 结语
白坪主斜井带式输送机的改造结合整机设备本身及整个系统的配置和现状，以提高运输量和安全生产为前提，本着投资少、工期短、见效快的原则进行改造设计。该设计方案的输送机整机结构布置合理，驱动可靠，明显满足了设计要求，达到了产业升级和改造的目的。
参考文献：
[1]王锐.小型矿用大倾角带式输送机的优化设计及应用[J].煤矿机械，2012，33（7）：40-42.
[2]运输机械设计选用手册编辑委员会. 运输机械设计选用手册[K].北京：化学工业出版社，2009.
[3]毋虎城，裴文喜.矿山运输与提升设备[M].北京：煤炭工业出版社，2004.