帶式輸送機的發(fā)展趨勢

摘 要：分析了國內外皮帶輸送機的現狀與發(fā)展差距，特別是大型帶式輸送機的核心技術(shù)（包括帶式輸送機動(dòng)態(tài)分析與監測技術(shù)、可控軟起動(dòng)技術(shù)與功率均衡技術(shù)）、設備性能及其可靠性、壽命等，論述了帶式輸送機技術(shù)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：帶式輸送機；現狀；發(fā)展趨勢

中圖號：TD528 文獻標識碼：A

1 國外帶式輸送機技術(shù)的現狀

國外帶式輸送機技術(shù)的發(fā)展很快，其主要表現在2個(gè)方面：一方面是帶式輸送機的功能多元化、應用范圍擴大化，如高傾角帶輸送機、管狀帶式輸送機、空間轉彎帶式輸送機等各種機型；另一方面是帶式輸送機本身的技術(shù)與裝備有了巨大的發(fā)展，尤其是長(cháng)距離、大運量、高帶速等大型帶式輸送機已成為發(fā)展的主要方向，其核心技術(shù)是開(kāi)發(fā)應用于了帶式輸送機動(dòng)態(tài)分析與監控技術(shù)，提高了帶式輸送機的運行性能和可靠性。目前，在煤礦井下使用的帶式輸送機已達到表1所示的主要技術(shù)指標，其關(guān)鍵技術(shù)與裝備有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

⑴設備大型化。其主要技術(shù)參數與裝備均向著(zhù)大型化發(fā)展，以滿(mǎn)足年產(chǎn)300~500萬(wàn)t以上高產(chǎn)效率高集約化生產(chǎn)的需要。

⑵應用動(dòng)態(tài)分析技術(shù)和機電一體化、計算機監控等高新技術(shù)，采用大功率軟起動(dòng)與自動(dòng)張緊技術(shù)，對輸送機進(jìn)行動(dòng)態(tài)監測與監控，大大地降低了輸送帶的動(dòng)張力，設備運行性能好，運輸效率高。

⑶采用多機驅動(dòng)與中間驅動(dòng)及其功率平衡、輸送機變向運行等技術(shù)，使輸送機單機運行長(cháng)度在理論上已有受限制，并確保了輸送系統設備的通用性、互換性及其單元驅動(dòng)的可靠性。

⑷新型、高可靠性關(guān)鍵元部件技術(shù)。如包含CST等在內的各種先進(jìn)的大功率驅動(dòng)裝置與調速裝置、高壽命高速托輥、自清式滾筒裝置、效率高貯帶裝置、快速自移機尾等。如英國FSW生產(chǎn)的FSW1200/（2~3）×400（600）工作面順槽帶式輸送機就采用了液粘差速或變頻調速裝置，運輸能力達3000 t/h以上，它的機尾與新型轉載機（如美國久益公司生產(chǎn)的S500E）配套，可隨工作面推移而自動(dòng)快速自移、人工作業(yè)少、生產(chǎn)效率高。

表1 國外帶式輸送機的主要技術(shù)指標

Tab.1 The main technical parameters of belt conveyer in overseas

國外300~500萬(wàn)t/a高產(chǎn)效率高礦井

主參數

順槽可伸縮帶式輸送機 大巷與斜井固定式強力帶式輸送機

運距/m 2000～3000 ﹥3000

帶速/m.s-1 3.5～4 4～5，輸送量/t.h-1 2500～3000 3000～4000

驅動(dòng)總功率/kW 1200～2000 1500～3000，

2 國內帶式輸送機技術(shù)的現狀

我國生產(chǎn)制造的帶式輸送機的品種、類(lèi)型較多。在“八五”期間，通過(guò)國家一條龍“日產(chǎn)萬(wàn)噸綜采設備”項目的實(shí)施，帶式輸送機的技術(shù)水平有了很大提高，煤礦井下用大功率、長(cháng)距離帶式輸送機的關(guān)鍵技術(shù)研究和新產(chǎn)呂開(kāi)發(fā)都取得了很大的進(jìn)步。如大傾角長(cháng)距離帶式輸送機成套設備、高產(chǎn)效率高工作面順槽可伸縮帶式輸送機等均填補了國內空白，并對帶式輸送機的減低關(guān)鍵技術(shù)及其主要元部件進(jìn)行了理論研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，研制成功了多種軟起動(dòng)和制動(dòng)裝置以及以PLC為核心的可編程電控裝置，驅動(dòng)系統采用調速型液力偶合器和行星齒輪減速器。目前，我國煤礦井下用帶式輸送機的主要技術(shù)特征指標如表2所示。

表2 國內帶式輸送機的主要技術(shù)指標

Tab.2 The main technical parameters of the belt conveyer in China

主參數 順槽可伸縮帶式輸送機 大巷與斜井固定式強力帶式輸送機

運距/m 2000～3000 ﹥3000

帶速/m.s-1 3.5～4 4～5，

輸送量/t.h-1 2500～3000 3000～4000

驅動(dòng)總功率/kW 1200～2000 1500～3000，

3 國內外帶式輸送機技術(shù)的差距

3.1 大型帶式輸送機的關(guān)鍵核心技術(shù)上的差距

⑴帶式輸送機動(dòng)態(tài)分析與監測技術(shù) 長(cháng)距離、大功率帶式輸送機的技術(shù)關(guān)鍵是動(dòng)態(tài)設計與監測，它是制約大型帶式輸送機發(fā)展的核心技術(shù)。目前我國用剛性理論來(lái)分析研究帶式輸送機并制訂計算方法和設計規范，設計中對輸送帶使用了很高的安全系統（一般取n=10左右），與實(shí)際情況相差很遠。實(shí)際上輸送帶是粘彈性體，長(cháng)距離帶式輸送機其輸送帶對驅動(dòng)裝置的起、制動(dòng)力的動(dòng)態(tài)響應是一個(gè)非常復雜的過(guò)程，而不能簡(jiǎn)單地用剛體力學(xué)來(lái)解釋和計算。已開(kāi)發(fā)了帶式輸送機動(dòng)態(tài)設計方法和應用軟件，在大型輸送機上對輸送機的動(dòng)張力進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析與動(dòng)態(tài)監測，降低輸送帶的安全系統，大大延長(cháng)使用壽命，確保了輸送機運行的可靠性，從而使大型帶式輸送機的設計達到了水平（輸送帶安全系數n=5～6），并使輸送機的設備成本尤其是輸送帶成本大為降低。

⑵可靠的可控軟起動(dòng)技術(shù)與功率均衡技術(shù) 長(cháng)距離大運量帶式輸送機由于功率大、距離長(cháng)且多機驅動(dòng)，必須采用軟起動(dòng)方式來(lái)降低輸送機制動(dòng)張力，特別是多電機驅動(dòng)時(shí)。為了減少對電網(wǎng)的沖擊，軟起動(dòng)時(shí)應有分時(shí)慢速起動(dòng)；還要控制輸送機起動(dòng)加速度0.3～0.1 m/s2，解決承載帶與驅動(dòng)帶的帶速同步問(wèn)題及輸送帶涌浪現象，減少對元部件的沖擊。由于制造誤差及電機特性誤差，各驅動(dòng)點(diǎn)的功率會(huì )出現不均衡，一旦某個(gè)電機功率過(guò)大將會(huì )引起燒電機事故，因此，各電機之間的功率平衡應加以控制，并提高平衡精度。國內已大量應用調速型液力偶合器來(lái)實(shí)現輸送機的軟起動(dòng)與功率平衡，解決了長(cháng)距離帶式輸送機的起動(dòng)與功率平衡及同步性問(wèn)題。但其調節精度及可靠性與國外相比還有一定差距。此外，長(cháng)距離大功率帶式輸送機除了要求一個(gè)運煤帶速外，還需要一個(gè)驗帶的帶速，調速型液力偶合器雖然實(shí)現軟啟動(dòng)與功率平衡，但還需研制適合長(cháng)距離的無(wú)級液力調速裝置。當單機功率>500 kW時(shí)，可控CST軟起動(dòng)顯示出優(yōu)越性。由于可控軟起動(dòng)是將行星齒輪減速器的內齒圈與濕式磨擦離合器組合而成（即粘性傳動(dòng)）。通過(guò)比例閥及控制系統來(lái)實(shí)現軟起動(dòng)與功率平衡，其調節精度可達98% 以上。但價(jià)格昂貴，急需國產(chǎn)化。

3.2 技術(shù)性能上差距

我國帶式輸送機的主要性能與參數已不能滿(mǎn)足高產(chǎn)效率高礦井的需要，尤其是順槽可伸縮帶式輸送機的關(guān)鍵元部件及其功能如自移機尾、效率高儲帶與張緊裝置等與國外有著(zhù)很大差距。

⑴裝機功率 我國工作面順槽可伸縮帶式輸送機，國外產(chǎn)品可達4×970 kW，國產(chǎn)帶式輸送機的裝機功率約為國外產(chǎn)品的30%～40%，固定帶式輸送機的裝機功率相差更大。

⑵運輸能力 我國帶式輸送機運量為3000 t/h，國外已達5500 t/h。

⑶輸送帶寬度 我國帶式輸送機為1400 mm，

⑷帶速 由于受托輥轉速的限制，我國帶式輸送機帶速為4m/s，國外為5m/s以上。

⑸工作面順槽運輸長(cháng)度 我國為3000 m，國外為7300m。

⑹自移機尾 隨著(zhù)高產(chǎn)效率高工作面的不斷出現，要求順槽可伸縮帶式輸送機機尾隨著(zhù)工作面的快速推進(jìn)而快速自移。國內自移機尾主要依賴(lài)進(jìn)口，主要有2種：（a）隨轉載機一起移動(dòng)的由英國LONGWALL公司生產(chǎn)的自移機尾裝置。（b）德國DBT公司生產(chǎn)的自移機尾裝置。前者只有一個(gè)推進(jìn)油缸，后者則有2個(gè)推進(jìn)油缸。LONGWALL公司生產(chǎn)的自稱(chēng)機尾用于在國內帶寬1.2 m的輸送機上，缺點(diǎn)是自移機尾輸送帶的跑偏量太小，糾偏能力弱，剛性差。德國生產(chǎn)的自移機尾在國內使用效果優(yōu)于前者，水平、垂直2個(gè)方向均有調偏油缸，糾偏能力強。因此，前者還需完善，后者則需研制。但對自移機尾的要求是共同的，既要滿(mǎn)足輸送機正常工作時(shí)防滑的要求，又要滿(mǎn)足在輸送機不停機的情況下實(shí)現快速自移。

⑺效率高儲帶與張緊裝置 我國采用封閉式儲帶結構和絞車(chē)紅緊為主，張緊小車(chē)易脫軌，輸送帶易跑偏，輸送帶伸縮時(shí)，托輥小車(chē)不自移，需人工推移，檢修麻煩。國外采用結構先進(jìn)的開(kāi)放式儲帶裝置和高精度的大扭矩、大行程自動(dòng)張緊設備，托輥小車(chē)能自動(dòng)隨輸送帶伸縮到位。輸送帶有易跑偏，不會(huì )出現脫軌現象。

⑻輸送機品種 機型品種少，功能單一，使用范圍受限，不能充分發(fā)揮其效能，如拓展運人、運料或雙向運輸等功能，做到一機多用；另外，我國煤礦的地質(zhì)條件差異很大，在運輸系統的布置上經(jīng)常會(huì )出現一些特殊要求，如彎曲、大傾角（>+25°）垂直提升等，應開(kāi)發(fā)特殊型專(zhuān)用機種帶式輸送機。

3.3 可靠性、壽命上的差距

⑴輸送帶抗拉強度 我國生產(chǎn)的織物整芯阻燃輸送帶為2500 N/mm，國外為3150 N/mm。鋼絲繩芯阻燃輸送帶4000 N/mm，國外為7000 N/mm。

⑵輸送帶接頭強度 我國輸送帶接頭強度為母帶的50%～65%，國外達母帶的70%～75%。

⑶托輥壽命 我國現有的托輥技術(shù)與國外比較，壽命短、速度低、阻力大，而美國等使用的新型注油托輥，其運行阻力小，軸承采用稀油潤滑，大大地提高了托輥的使用壽命，并可作為高速托輥應用于帶式輸送機上，使用面廣，經(jīng)濟效益顯著(zhù)。我國輸送機托輥壽命為2萬(wàn)h，國外托輥壽命5～9萬(wàn)h，國產(chǎn)托輥壽命僅為國外產(chǎn)品的30%～40%。

⑷輸送機減速器壽命 我國輸送機減速器壽命2萬(wàn)h，國外減速器壽命7萬(wàn)h。

⑸帶式輸送機上下運行時(shí)可靠性差

3.4 控制系統上差距

⑴驅動(dòng)方式 我國為調速型液力偶合器和硬齒面減速器，國外傳動(dòng)方式多樣，如BOSS系統、CST可控傳動(dòng)系統等，控制精度較高。

⑵監控裝置 國外輸送機已采用可編程序控制器PLC，開(kāi)發(fā)了先進(jìn)的程序軟伯與綜合電源繼電器控制技術(shù)以及數據采信、處理、存儲、傳輸、故障診斷與查詢(xún)等完整自動(dòng)監控系統。我國輸送機僅采用了中檔可編程序控制器來(lái)控制輸送機的啟動(dòng)、正常運行、停機等工作過(guò)程。雖然能與可控啟（制）支裝置配合使用，達到可控啟（制）動(dòng)、帶速同步、功率平衡等功能，但沒(méi)有自動(dòng)臨近裝置，沒(méi)有故障診斷與查詢(xún)等。

⑶輸送機保護裝置 國外帶式輸送機除安裝防止輸送帶跑偏、打滑、撕裂、過(guò)滿(mǎn)堵塞、自動(dòng)灑水降塵等保護裝置外，近年又開(kāi)發(fā)了很多新型監測裝置：傳動(dòng)滾筒、變向滾筒及托輥組的溫度監測系統；煙霧報警及自動(dòng)消防滅火裝置；纖維織輸送帶縱撕裂及接頭監測系統；防爆電子輸送帶秤自動(dòng)計量系統。這些新型保護系統我國基本處于空白。而我國現有的打滑、堆煤、溜煤眼滿(mǎn)倉保護，防跑偏、超溫灑水，煙霧報警裝置的可靠性、靈敏性、壽命都較低。

4 煤礦帶式輸送機技術(shù)的發(fā)展趨勢

4.1 設備大型化、提高運輸能力

為了適應高產(chǎn)效率高集約化生產(chǎn)的需要，帶式輸送機的輸送能力要加大。長(cháng)距離、高帶速、大運量、大功率是今后發(fā)展的必然趨勢，也是高產(chǎn)效率高礦井運輸技術(shù)的發(fā)展方向。在今后的10a內輸送量要提高到3000～4000 t/h，還速提高4～6m/s，輸送長(cháng)度對于可伸縮帶式輸送機要達到3000m。對于鋼繩芯強力帶式輸送機需加長(cháng)5000m以上，單機驅動(dòng)功率要求達到1000～1500 kW，輸送帶抗拉強度達到6000 N/mm（鋼繩芯）和2500 N/mm（鋼繩芯）。尤其是煤礦井下順槽可伸縮輸送技術(shù)的發(fā)展，隨著(zhù)高產(chǎn)效率高工作面的出現及煤炭科技的不斷發(fā)展，原有的可伸縮帶式輸送機，無(wú)論是主參數，還是運行性能都難以適應高產(chǎn)效率高工作面的要求，煤礦現場(chǎng)急需主參數更大、技術(shù)更先進(jìn)、性能更可靠的長(cháng)距離、大運量、大功率順槽可伸縮帶式輸送機，以提高我國帶式輸送機技術(shù)的設計水平，接近并趕上國外先進(jìn)工業(yè)國的技術(shù)水平。其包含7個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)：⑴帶式輸送機動(dòng)態(tài)分析與監控技術(shù)；⑵軟起動(dòng)與功率平衡技術(shù)；⑶中間驅動(dòng)技術(shù)；⑷自動(dòng)張緊技術(shù)；⑸新型高壽命高速托輥技術(shù)；⑹快速自移機尾技術(shù)；⑺效率高儲帶技術(shù)。

4.2 提高元部件性能和可靠性

設備開(kāi)機率的高與低主要取決于元部件的性能和可靠性。除了進(jìn)一步完善和提高現有元部件的性能和可靠性，還要不斷地開(kāi)發(fā)研究新的技術(shù)和元部件，如高性能可控軟起動(dòng)技術(shù)、動(dòng)態(tài)分析與監控技術(shù)、效率高貯帶裝置、快速自移機尾、高速托輥等，使帶式輸送機的性能得到進(jìn)一步的提高。

4.3 擴大功能，一機多用化

拓展運人、運料或雙向運輸等功能，做到一機多用，使其發(fā)揮經(jīng)濟效益。開(kāi)發(fā)特殊型帶式輸送機，如彎曲帶式輸送機、大傾角或垂直提升輸送機等。