移动式配仓皮带机的研制与应用

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摘 要：在井下采煤、掘进过程中，有的时候皮带运输煤，有的时候皮带运输岩石，为了实现在井下皮带运输过程中将矸石和煤分开，特别研制了配仓皮带运输机，由此减少了矸石升井、地面选煤等工作。

关键词：岩石；配仓皮带；升井；选煤

1 概况

晓南矿1977年开始兴建， 1980年投产，采煤顺序为先采一水平后采二水平，二水平的采煤顺序为先采南一后采北一，从2011年3月份开始在二水平北一进行掘进工作，在二水平矸石仓联络道设置有两个煤仓和一个矸石仓，仓口规格都为1700mm×1700mm，两煤仓口的边界距离为1000mm，矸石仓在煤仓附近的巷道B内设置。目前有两部皮带运输机，其中第一部皮带运输机主要为采煤工作面服务，第二部皮带运输机主要为掘进工作面服务，每部皮带运输机都能通过迎板实现往任一煤仓落货，皮带运输机和各仓口的位置分布图如图1所示。

图1 皮带运输机和各仓口的位置分布图

目前该运输系统中没有矸石分运功能，由第一部皮带运输机和第二部皮带运输机运输的矸石只能往煤仓里落，这样增加了皮带运输机的运输工作量，减少了皮带的使用寿命。在我矿井下矸石是不用升井的，直接通过矿车转运到矸石充填地点，用于充填旧巷，如果矸石落进煤仓，增加了主井提货的工作量。混入煤中的矸石，升井以后需要在选煤厂进行选煤，增加了选煤工作量。

2 配仓皮带机的研制

为了实现皮带运输系统中矸石的分运功能，如图1所示，需在巷道B内铺设一条皮带运输机，和矸石仓搭接，专门负责运输系统中分运出来的矸石，在巷道A内研制一部配仓皮带机，主要负责第一部皮带和第二部皮带的矸石分运工作。

2.1 移动式配仓皮带功能构思

根据实际情况，配仓皮带机要实现矸石分运，需要有三个功能：（1）分运第一部皮带运输机的矸石；（2）分运第二部皮带运输机的矸石；（3）不分运时需退出第一部皮带运输机和第二部皮带运输机落煤区域。如果按普通配仓皮带运输机考虑，要完成这三个功能，需要两部配仓皮带运输机，这样虽实现分运功能，但铺设两部配仓皮带后的巷道空间狭小，且需要投入的制作材料增加。由于两煤仓仓口比较近，经现场考察、研究，决定制作一部移动式配仓皮带机，用该皮带机来完成这三个功能。

从位置上看，移动式配仓皮带机完成这三个功能需要有三个位置。第一个位置是移动式配仓皮带机和第一部皮带运输机配合；第二个位置是移动式配仓皮带机和第二部皮带运输机配合；第三个位置是移动皮带机退出第一部皮带运输机和第二部皮带运输机落货范围。这三个位置的示意图见图2。

图2 移动式配仓皮带机的三位置图

2.2 移动式配仓皮带架模型的确定

如图2所示，移动式配仓皮带机由第一位置移动到第三位置，在图中需要进行左右移动，移动式配仓皮带机的左右移动，我们可以参照以前制作配仓皮带的经验，制作一部普通的配仓皮带架。

普通配仓皮带架主要由三部分组成，包括运行轨道、皮带运行部、皮带架行走部。

（1）运行轨道

运行轨道由铁道制成，钢轨规格选择24kg，1米皮带架的宽度为1570mm，由此设计铁道的轨距为1640mm。

（2）皮带运行部

皮带运行部主要包括皮带运行中间架、机头架、机尾架。皮带运行中间架根据1米皮带架为参照，设计中间架宽为1570mm，中间架的长度为2500mm，中间架的骨架选用200轻型工字钢，上托辊的固定座固定在轻型工字钢上，上托辊的间距为500mm，下托辊的固定座固定在支撑架内侧，下托辊间距为2500mm，单个皮带中间架的长度为2500mm。机头架和机尾架分布在皮带运行部的两侧，机尾架的主要功能是上货。机尾架由12#工字钢焊接而成，机尾架固定有尾轮，尾轮选用1米皮带运输机首轮，直径为500，长度为1200mm，尾轮的固定座由30mm铁板焊接而成，固定座上有丝杠，通过旋转丝杠来调节尾轮的角度，保证皮带不跑偏。在尾轮与中间架对接的部位设置一抗轮，抗轮直径为200mm，长度为1200mm。机头架的主要功能是提供皮带的动力源，由12#工字钢焊接而成，由于配仓皮带的皮带长度比较短，所需动力不太大，取消选用皮带机的“S”轮做驱动装置，而选择隔爆油冷式电滚筒作为皮带运行的动力源，根据电滚筒的规格表明细，选择直径为630mm，长度为1200mm，功率为22KW，带速为1.6m/s，额定电压为660V/1140V，支承形式选择支座式。机头架设置一抗轮，抗轮规格和机尾架选择的抗轮相同。

（3）皮带行走部

皮带行走部的行走方式采用行走轮组滚动方式，行走轮组和皮带架由支撑架联接，每组行走轮组对应两个支撑架，行走轮采用直径为300mm的矿车轮，行走轮中间由轮轴连接，轮轴用∮60圆钢加工而成，长度由轨距而定，行走轮组中有两个是驱动轮组，其余为从动轮组，为了压缩配仓皮带机的体积，将驱动轮组布置在配仓皮带机中间部，即和中间架连接。其中驱动轮组的轴和轮是由花键连接，行走轮轴和支撑架采用轴承配合；从动轮组的轴和轮采用轴承配合，从动轮轴和支撑架采用轴孔配合。行走驱动方式采用电机驱动，由于电机转速比较大，采用减速装置进行减速。经过对矿在用设备进行调查，发现JH-5型回柱绞车的电机和减速机比较适合，回柱绞车的减速采用涡杆和齿轮减速，减速比为161.9，由于齿轮减速装置比较大，减速比小，选用回柱绞车电机和涡杆减速部分，减速比为54，电机转速为1450r/min，通过减速后的转速为26.8r/min，减速机输出轴上安装的链轮的直径为120mm，驱动轴上安装的链轮的直径为200，由此得出驱动轴的转速为

车轮的直径为300mm，移动式皮带架的行走速度

2.3移动式配仓皮带机的旋转装置

如图2所示，移动式配仓皮带实现第一位置到第二位置，皮带机机尾需要偏转，而机头需尽量少移动，防止移动式配仓皮带机落货点偏差过大。为了满足该要求，移动式配仓皮带需具有旋转功能，圆心距离移动式配仓皮带机落货点越近越好，移动配仓皮带在旋转偏移后，仍具有行走功能，所以需整体偏移，要实现整体偏移，需在行走轨道下制作旋转装置。

移动配仓皮带架的旋转装置包括旋转轨道，旋转架及旋转动力源。

（1）旋转轨道。旋转轨道选用24kg铁道，由弯道器加工而成，铁道弧度由距离圆心的长度而定，铁道长度由旋转范围而定。

（2）旋转架。旋转架由12#工字钢焊接而成，旋转架上焊接有旋转轮座，由于该皮带架较长，制作过程中精度不能达到太高，所以要求旋转轮和轨道的配合区域要大，在加工旋转轮时，轮子长度为220mm。轮子方向的固定由旋转架距旋转轴距离远近而定。

（3）旋转动力。旋转过程中，主要受到的阻力是旋转轮和旋转轨道之间的滚动摩擦力，阻力不会太大，所以不必要选择电机。要简化旋转动力，根据移动配仓皮带在巷道位置的实际情况，最终选择风缸，风缸布置在距离旋转轴最远处，这样对风缸动力的要求最小。

3 移动式配仓皮带机各参数的确定

3.1 移动式配仓皮带高度和长度的确定

从移动式配仓皮带外形看，影响高度的位置在移动式配仓皮带机头架的支撑架上，轮轴的的直径为60mm，在图上设计，最小高度为75mm，按此计算，移动式配仓皮带的最小高度为926mm，挡货板的高度按200mm高计算，其中第一部皮带运输机的带速为2.5m/s，首轮直径为400mm，抛货高度为400+200=600mm，抛货时间t

抛货距离为S

第一部皮带运输机的首轮垂直切面和仓口外沿一致，按落货点距离尾轮的距离为500计算，尾轮距离仓口边界的距离d

巷道B内需铺设一条专运矸石的皮带运输机，皮带运输机的宽度为1200mm，在皮带两侧各留400mm空隙，按该设计测量，沿巷道方向，煤仓口距离运矸皮带运输机边界的距离为17200mm，移动配仓皮带的总长度为D

移动配仓皮带的中间架长度为2500mm，设计6个中间架，总长度为15000mm，剩余3525mm，由机头架和机尾架分配。由于行走轨道在第三位置时不能影响煤仓正常落货，所以轨道的边界在煤仓边界处，移动配仓皮带机尾距离行走轮的长度为1325+150=1475mm（其中150为行走轮半径），按行走轮中心到中间架的长度为1200计算，机尾架的长度为1475+500=1975mm（该长度为尾轮中心距离中间架的长度），机头架的长度为3525-1975=1550mm。

3.2 移动式配仓皮带弯轨布置位置的确定

移动式配仓皮带旋转过程中，主要遇到的阻力是旋转轮和旋转轨道在旋转过程中受到的滚动摩擦力，由于加工精度的限制，在旋转过程中，各轮可能会承受滑动摩擦力，所以要求布置的弯轨越少，遇到滑动摩擦的几率就越少，按6000mm长度为间距设置，在仓口设置一个弯轨，按此计算，总共需设计三组弯轨，即三组旋转架，整个行走轨道由这三个旋转架支撑，要求行走轨道设计成6米左右长度，原设计使用24kg铁道作为行走轨道，由于跨度大，移动配仓皮带架行走时铁道容易弯曲，经核算，决定使用43kg铁道。旋转动力源由上分析，选择风缸，由图测量，行走轨道仓口端旋转距离为1700mm，根据矿现有设备的实际情况，决定选取2000mm行程的风缸。

3.3 拉底工程确定

根据现场测量，若要铺设运矸皮带运输机及移动式配仓皮带机需要进行拉底工作，拉底区域由图上设计确定，拉底区域图如图3。按照设计图上的数据，移动式配仓皮带机的总高度为1424mm，加上护板高度200mm，总高度为1624mm，所以移动配仓皮带旋转轨道的下面距离仓口的距离为376mm，台阶高度为840mm，所以纯拉底量为464mm，给定的拉底高度为500mm。即拉底高度为500mm。运矸皮带运输机需在此基础上拉底，护板高度200mm，皮带架的高度为500mm，

图3 移动式配仓皮带机和运矸皮带运输机拉底工程图

所以运矸皮带运输机的拉底高度为1200mm，即拉底高度为1200mm。

4 应用情况

该移动配仓皮带机2012年7月份完成制作，8月份安装在晓南矿二水平矸石联络道，自使用以来，它能够按照设计的要求完成矸石分运工作。移动配仓皮带机安装快捷、运行稳定，操作方便，容易维护，适合在井下使用，得到大家的一致认同。

5 效益

主要效益是减少设备磨损及选煤材料投入，具体效益如下：

（1）延长选煤厂各地点溜槽使用寿命。使用前溜槽的使用寿命是半年，使用后溜槽的使用寿命为一年，减少了普板的投入，每年减少约5吨，每吨普板的价格为4500元，每年可节省2.25万元。

（2）减少筛分机的损耗，延长筛分机的使用寿命，每年节约维护费用约10万元。

（3）减少重介系统回大块开器时间。目前选煤厂重介系统回大块时间每年约350小时，耗电量约256000kw・h，煤矸分运减少80%回大块开器时间，节约电量约为20400kw・h，每度电按0.784元计算，即节约电费15.6万元。

（4）改善洗煤循环水，减少矸石泥化现象，降低循环水中的煤泥含量，降低煤泥水的处理难度，减少重介质粉（铁矿粉）、聚丙、氧化镁用量，约减少费用为每年26万元。合计每年能节省53.85万元。

参考文献

[1]杨可桢，程光蕴.机械设计基础[M].北京：高等教育出版社，1999.

[2]邱宣怀.机械设计[M].北京：高等教育出版社，1997.

[3]吴宗泽.机械设计[M].北京：中央广播电视大学出版社，1998.

[4]余俊等.机械设计[M].北京：高等教育出版社，1986.

作者简介：孙学强（1972，11-）男，工程师，现任铁能集团晓南矿综检车间主任。

王晓燕（1973，12-），女，助理工程师，现任铁能集团晓南矿一车间副主任。