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3、礦用帶式輸送機發展的技術前瞻
    礦用帶式輸送機大型化與高可靠性要求，對設計者和制造者提出了更高的要求，只有解決了帶式輸送機發展的關鍵技術，才能制造出高性能、高可靠性的大型帶式輸送機。其關鍵技術如下。
3.1動態分析技術
    建立帶式輸送機的輸送帶在起動和停機過程中的動力學方程，求解輸送帶上不同點隨時間推移所發生所的變化，找出變化劇烈的張力波可能造成的破壞，這就是帶式輸送機的動態分析。  動態分析技術是一門綜合性學科，不僅要對整機運行全過程的動態特性進行分析，更重要的是對其涉及到的基礎理論，運用現代先進技術進行系統研究，是當今世界的高新技術。采用動態分析技術進行設計，不僅可實現優化設計，降低設備的投資費用，而且還可預防運行事故的發生，提高設備運行的可靠性。在國外，德國、前蘇聯、澳大利亞、美國、波蘭、南非、日本等，都對動態分析技術進行了深入的研究，取得了可喜的成果，有的己在實際工程中得到應用。在國內起步較晚，動態設計的方法、概念還處于剛體力學階段，還沒有真正應用到設計中去。應用動態分析技術來對大型帶式輸送機進行優化設計，最直接、最明顯的經濟效益——較大幅度地降低了輸送帶的安全系數，安全系數最小可達4.8，這對國內常規標準設計來說是不可想象的，目前國內即使己使用了可控啟動裝置，其安全系數也只能取到8左右。在滿足安全運行的條件下有效地降低輸送帶的強度等級與各元部件的重量，輸送帶費用約占大型帶式輸送機費用的35:-45%，大大地節省了設備費用。澳大利亞GREGORY煤礦使用的一條大型帶式輸送機，其主參數為：L-lOOOm、B-0.9m、Q=1400T/h、V-4.2m/s、H（提升高度）-30m、N-3×355+840kW。這條帶式輸送機專門請美國諾丹爾教授進行動態優化設計，安全系數為4.8，僅選用ST1600鋼絲繩芯強力輸送帶。國內官地礦即將使用的一條大型帶式輸送機的主參數為：L-5400m、B- 1.2m、Q=1200T/h、V=3.5m/s、H-90m、N-4×500kW。由于是按照國內常規標準設計，即使己使用可控啟動裝置，安全系數也只能取為8.02，再不敢往下取，只能選用ST3500的鋼絲繩芯強力輸送帶。如果官地礦的帶式輸送機也是采用動態設計，光輸送帶這一項就可節省費用600多萬元，經濟效益相當可觀。帶式輸送機動態分析技術的研究，在國內剛起步，還沒有真正應用到設計中去。掌握動態分析技術，不僅可使我國帶式輸送機技術水平有一個質的飛躍，還可帶來巨大的經濟效益，應盡快開展這方面的研究工作。
3.2可控啟動技術
    大型帶式輸送機的啟動，一定要有一個足夠的時間，使啟動加速度保持在允許范圍內。運距越長、帶速越高、輸送量越大，啟動時間就需越長。假如沒有足夠的啟動時間，輸送帶初張力會下降，最大可下降50%左右，就會喪失輸送帶與傳動滾筒保持正常傳動所需的張力比，造成輸送帶在傳動滾筒上打滑而不能啟動。啟動是一個加速過程，加速度值由零增到最大又下降至零，輸送帶發生粘彈性變形，處于不穩定狀態而產生動張力。當帶速越高、啟動時間越短時，啟動加速度與輸送帶變形就越大，因而動張力也就越大，造成巨大的瞬時沖擊，就會損壞輸送帶與其它元部件。因而必須對啟動時間加以控制�？煽貑�動時輸送帶張力波動極小，啟動平穩�？煽貑�動就是我們平時所說的軟啟動，即在設定的啟動時間內，通過控制輸送帶啟動加速度值，來確保輸送機按所要求的啟動速度曲線平穩啟動，并達到額定速度：同時使啟動電流與啟動動張力控制在允許范圍內。因而必須對啟動時間、啟動加速度進行控制，啟動時間與啟動加速度應根據帶速、運距、輸送量等參數來確定，根據我國有關標準規定，啟動加速度不得大于0.3m／s2。采用可控啟動，可使輸送帶初張力下降大為減少，僅下降不到10%，可以保證輸送帶不打滑。可控啟動技術是大型帶式輸送機的關鍵技術，己成為帶式輸送機是否達到技術先進的標志之一。通過電控與可控啟動裝置組成的閉環調節系統來完成帶式輸送機的可控啟動，選擇哪一種可控啟動裝置，除了考慮技術性能外，還必須考慮其經濟合理性。
    近幾年來，國內外相繼開發成功了多種形式的軟起動裝置：①液粘性軟起動裝置，如澳大利亞的BOSS系統、美國的CST等。②液力型軟起動裝置，如調速型液力偶合器、加長后輔腔液力偶合器等。③電氣型軟起動裝置，如變頻調速、可控硅控制開關磁阻起動等。④機械式軟起動裝置，如BEST、德國力士樂公司的輔助液壓馬達周轉齒輪系統（原理與BEST相同）等。
    需要特別指出的是：帶式輸送機對驅動裝置的調速要求不是輸送機運行所要求的，其目的是：①降低起動電流對電網的沖擊。②減少起動過程中各承載部件的動載荷。所以對輸送機不必進行高精度的調速和控制。通過前面分析我們可知：國產軟起動裝置完全能滿足帶式輸送機軟起動的要求。由于調速型液力偶合器比電軟起動具有更優良的性能，所以國內現有帶式輸送機軟起動裝置90%以上是采用調速型液力偶合器，不僅技術可行，而且經濟合理，操作維護又簡單。調速精度太高的軟起動（如BOSS、CST等）對帶式輸送機來說，技術上沒有必要，經濟上也是一種浪費。只有經常需要變速運行的設備（如潛水艇、軍艦等），采用液粘調速裝置才是合適的，才能最大限度地發揮它們的優勢。
國外帶式輸送機的軟起動大多數也是采用液力調速裝置。即使在美國，在帶式輸送機上使用差動輪系液粘調速裝置也是少數。97年11月上海分院與西山礦務局聯合組團赴澳大利亞技術考察，在所考察的六個煤礦的八條大型帶式輸送機的軟起動，全部是采用液力調速裝置，其中GTEGORY煤礦長度為10公里帶式輸送機、澳大利亞PROK公司為馬來西亞設計的6.5km、SEDGMAN公司為印度尼西亞設計的37km超特大型帶式輸送機軟起動也是采用液力調速裝置。目前國內生產的調速型液力偶合器還存在漏油和效率損失等問題，需要進一步完善。
3.3  下運制動技術
    下運輸送機的三個技術關鍵為：
    (1)制動能量大
    制動器吸收的能量有機械能轉化為熱能，如僅使用閘塊式制動器，閘輪表面熱量集中，由于制動時間短，熱量不能及時散發出，溫度急劇升高，如超過150℃就有引起煤塵爆炸的危險。而且溫度高則閘襯易于磨損，摩擦系數下降，制動時間增加，導致制動能量增大，溫度又進一步升高。超溫和閘襯互為因果，會使閘塊式制動器的制動力矩急劇下降，以致造成飛車事故。
    (2)制動平穩性要求高
    制動減速度要求限制在0.1 --0.3m/S2范圍之內，制動時間約l0: -20s。如果用恒力矩制動裝置，就存在這樣一個問題：一方面為確保制動的可靠性，制動器的額定力矩應力輸送機滿載力矩的1.5: -2倍；另一方面當輸送機上的物料很少時（此時最容易發生滾料現象）也以同樣的力矩來制動，其減速度必將超出允許范圍。因此，為保持穩定的制動減速度，就要求制動力矩能隨外來負載的大小而自動調節。
    (3)在事故停電時要求系統迅速而安全地制動。
    所以一般的機械抱閘制動器是不能用作井下下運帶式輸送機的可控制動裝置，用于煤礦井下的制動裝置必須滿足三個技術要求：①制動減速度必須限制在0.1～0.3m/s2范圍內。②每小時制動十次，接觸面除不能產生火花外，各元部件溫度不得高于MT820 -1999“煤礦井下用帶式輸送機技術條件”中規定的溫度。③整個采區停電也必須保證能夠制動。完全滿足上述三個技術要求的國產制動裝置僅為液力制動裝置，己在煤礦井下普遍使用。但此種制動裝置存在著體積龐大、多種能源（電、液、氣）操作復雜，易出事故等缺陷，需要加以改進提高。比較有發展前途的是盤式制動裝置，它體積小、重量輕，省掉一套機械抱閘制動器，操作維護簡便，更適合于煤礦井下使用。但目前國內井下用的下運帶式輸送機大多采用液力制動裝置，原因是盤式制動裝置的關鍵技術還沒有很好地解決，下運阻尼輸送機技術也還需要進一步完善和提高。
3.4  自動張緊技術
    張緊裝置是保證帶式輸送機正常工作的重要部件，在確保輸送機中最小初拉力能滿足撓度要求的條件下，驅動滾筒趨入點和奔離點的張力比應為定值，為此要求在起動時張緊力與額定工作時張緊力的比值k=1.4～1.5，允許波動±10%；在正常工作過程中k=0.9～1.1。當輸送機的結構、起、制動方式及張緊裝置的安裝位置確定后，張緊裝置的特性就取決于其自身的性能。沒有張緊裝置的密切配合，要想獲得良好的可控啟（制）動與自移機尾是不可能的，自動張緊技術也是帶式輸送機的一個關鍵技術，它可大大地提高輸送機運轉的可靠性。國產帶式輸送機運轉事故多的因素之一，就是張緊裝置性能差，工作不可靠所造成的，但目前張緊技術還不被人們所重視。大型帶式輸送機所用的張緊裝置必須滿足以下技術要求：①自動調整張緊力：能隨著輸送帶張力變化而能自動地調節張力與張緊行程，始終保持輸送帶所規定的撓度，并使驅動滾筒趨入點和奔離點的張力比應為定值。②響應速度快，當輸送帶張力發生一個變化值時，張緊裝置使輸送帶張力恢復到原值所花費的時間稱為響應速度。要求響應速度越快越好，當響應速度小于輸送帶張力變化周期，就會使輸送帶獲得一介穩定的張力，運行平穩；反之，輸送帶張力不穩定產生振動，嚴重時還會發生共振。③不能出現死區：即張緊滾筒作反向移動時，不至于產生張力的突然變化。尤其對機尾有低谷的高垂度輸送機，制動時在低谷處會由于垂度過大而引起輸送帶的折疊和嚴重變形，從而導致煤的滾落。最簡便而有效的自動張緊裝置是重力張緊裝置，此種裝置由于受到煤礦井下空間的限制，使用受到一定的影響，僅用于傾斜運輸的帶式輸送機上。國內煤礦井下使用較多的是絞車與油缸相結合的自動張緊裝置，絞車用于輸送帶大行程張緊，油缸用于小行程張緊，兩者的結合而達到自動張緊的目的。經煤礦實際使用證明，此種自動張緊裝置能達到輸送機的啟制動和正常運轉時對輸送帶張緊的要求。國外使用的是液壓絞車自動張緊裝置，由低速大扭矩馬達根據輸送帶張力變化，通過改變流量來有效控制絞車轉速的快、慢與開、停。此種自動張緊裝置的響應速度與可靠性要比國內的高得多。在設計帶式輸送機張緊裝置時，除了滿足上述技術要求外，還必須確定張緊裝置最佳的安裝位置，以獲得最小的張緊力與張緊行程以及最快的張緊響應速度。張緊裝置在不同的安裝位置上，其所需張緊力與張緊行程相差甚大。目前國內的張緊裝置能做到自動調節張緊力，但響應速度不快、可靠性不高，比國外還有很大的差距，有待進一步研制開發。
3.5中間驅動技術
    隨著我國高產高效礦井的出現，煤礦井下用的帶式輸送機已向大型化方向發展，但由于受到送帶強度與驅動裝置的限制，井下使用的帶式輸送機單機長度還不允許無限制地加長。中間驅動就是把驅動功率的一部分放在輸送機的中間段，使驅動功率分散開來，這樣可以降低輸送帶的最大張力，降低輸送帶強度，提高輸送機的輸送能力，降低整機成本。它可以在不提高輸送帶強度等級前提下，最大限度地增加單機長度：使單元驅動裝置小型化，通用性強。單元驅動裝置的功率保持在一個較為經濟合理的范圍內，最大限度地降低輸送機的投資費用，據有關資料介紹：當采用兩臺中間驅動裝置時，承載帶最大張力可減少1/2左右，當采用十臺中間驅動裝置時大約減少3/4，約可降低費用15%左右。
    中間驅動有二種方式：直線摩擦式與滾筒卸載式。直線摩擦式對帶速同步要求比卸載滾筒式低，主要是子帶與母帶可以相互滑動。但投資費用要高，主要是增加了一條子帶輸送機的費用。一般來說，這二種中間驅動方式都可用于固定式帶式輸送機，可伸縮帶式輸送機機尾需隨著工作面推進而要求機身延長或縮短，裝拆子帶輸送機工作量大，影響工作面的推進速度，因而可伸縮帶式輸送機的中間驅動大多是采用滾筒卸載式。在煤礦井下采用中間驅動技術更能顯示其優越性，由于單元驅動裝置小型化，不僅搬運、安裝方便、而且還可減少安裝空間，使巷道的拓寬量大為減少，因此，在井下長距離帶式輸送機上應大力推廣使用中間驅動技術。為了減少承載帶的附加張力，所有驅動裝置電動機的功率應該相等，機械特性應該相同。中間驅動的關鍵技術是驅動裝置的負荷分配及各驅動裝置的啟動順序和時間間隔，中間驅動點數量越多，這種要求就越高。目前國內外多數是采用液力調速裝置來解決這個技術關鍵的。
3.6高速托輥技術
    托輥是帶式輸送機的主要部件，量大面廣，重量約占整機的1/3，價格約占整機的1/5，-1/3。據現場調查，煤礦井下托輥的使用壽命一般在180:-240天，在順槽中使用的托輥，一般采完一個工作面后，托輥損壞數量約為60%:-80%，經濟損失相當嚴重。另外托輥的旋轉阻力及輸送機運行阻力大，功率消耗也很大。煤帶式輸送機的停機事故，絕大多數是由托輥因素造成的。因此，提高托輥質量對降低能耗、節省費用、增加運行可靠性具有很大的意義。
    托輥的使用壽命主要取決于軸承和密封的性能，如果托輥具有良好的密封性能（如采用組合密封），托輥使用壽命實際上就是軸承的使用壽命。軸承不僅對托輥使用壽命有重大影響，而且對托輥旋轉阻力也有一定的影響。測試結果表明：軸承摩擦阻力約占托輥旋轉阻力的1/4，-1/8，托輥常用軸承為204、205系列滾動軸承。通過對國內外軸承進行分析研究，認為國產軸承在尺寸精度和材料熱處理等方面，與英國，西德等國基本相同，但英國道梯公司由于采用415705專用軸承，而使其壽命比普通204軸承提高10倍以上，旋轉阻力降低1倍以上。
    針對托輥軸承存在的問題，國內研制開發了KA系列托輥專用軸承，在結構上作了改進。試驗結果表明：即使在非常惡劣的條件下運轉，專用軸承的實驗室壽命可以達到204軸承的10倍以上，而旋轉阻力低一倍以上。但其運行阻力還是較大，使用壽命僅有20000小時左右，帶速一般也不能超過4.5m/s。
    高速托輥在密封結構、加工質量、軸承、潤滑脂等方面有更高的要求，而國外如美國、澳大利亞等均使用了新型注油托輥，其運行阻力小，軸承采用稀油潤滑，托輥壽命可達10年以上，托輥速度高達6～8 m/s。我們應該通過改進密封結構與材質，采用非金屬保持架的大游隙專用軸承與專用潤滑脂來提高高速托輥的質量。目前，國內外托輥質量存在差距的另一個主要原因是加工質量，國內托輥生產廠家的加工工藝與設備精度保證不了設計要求，造成托輥旋轉阻力增大、甚至不能轉動，使用壽命短、甚至用不到1～2個月就損壞了。只有改進托輥的加工工藝和更新設備，才能制造出高質量的高速托輥，才能滿足大型帶式輸送機高帶速的要求。對托輥進行質量分析，在現有煤礦條件下，若把托輥的使用壽命從原來的一年左右提高到五年以上，則每年托輥損壞的數量可減少五分之四，其經濟效益是非常顯著的。
3.7電控與監測自動化技術
    為了實現輸送機可控啟（制）動、中間驅動、功率平衡、帶速同步、自動張緊與機尾自移以及各種保護裝置、通信與信號聯絡等綜合功能的要求，國外大型帶式輸送機都已采用高檔PLC可編程序控制器，開發了先進的程序軟件與綜合電源繼電器控制技術以及數據采集、處理、存儲、傳輸，故障診斷與查尋等完整的自動監控系統。該系統除了自動監控輸送機的可控啟（制）動、帶速同步與功率平衡等外，還對各種保護與安全裝置、輸送帶張力、傳動滾筒與托輥軸承溫度、輸送帶接頭強度、輸送量計量等實行監測。在電控與自動監測技術方面，國內外的差距更大，國內煤礦用帶式輸送機僅采用了中檔PLC可編程序控制器來控制輸送機的啟動、正常運行、停機等整個工作過程，雖能與可控啟（制）動裝置配合使用達到可控啟（制）動、帶速同步、功率平衡等功能，但沒有自動監控裝置、沒有故障診斷與查尋。另外，安全保護裝置性能不理想與品種少，也沒有人員呼救的功能。由于這些差距造成了國產帶式輸送機運行性能與工作可靠性差，故障多，因此，電控與監測自動化技術是國產帶式輸送機技術水平提高的一個迫切需要解決的關鍵技術。
3.8  CST的國產化技術
    在各種可控起動中，CST的性能無疑是最好的，但進口價格很貴，訂貨周期長，備品備件供應困難，迫切需要國產化。國內已大量應用調速型液力偶合器來實現單臺電機功率在500kw以下的帶式輸送機的軟起動和功率平衡，但單臺電機功率超過500kw以上時，由于調速型偶合器的散熱設備較大，無法在間狹窄的順槽可伸縮輸送機上使用，特別是隨著煤礦5公里以上長距離、高帶速輸送機的出現，由于調速型偶合器的調速范圍在0.30～0.97之間，所以無法解決驗帶問題。01年8月國家科技部將此課題下達給了上海分院，課題名稱為：動態軟起動裝置，要求04年上半年完成該項目，主參數為：功率N-500kW，速比I=30～40，調速范圍：0.1～1.0。
4、結論
    國內外高產高效礦井的原煤運輸系統，基本上都是采用帶式輸送機作連續運輸，且輸送機的主參數正在向大型化與自動化方向發展。以剛體動力學為基礎的帶式輸送機的一套常規的標準設計，己不適用大型帶式輸送機的設計。大型帶式輸送機主參數要比一般帶式輸送機大得多以及煤礦井下運輸的某些特殊工況要求，使得上述的關鍵技術顯得尤為突出，但往往某些關鍵技術在國內還不被人們所重視。當今國內外帶式輸送機技術發展迅速，其中某些技術如帶式輸送機動態設計與分析技術己進入當今世界高新技術領域，但在國內剛起步，還沒有真正應用到設計中去，因而國內外大型帶式輸送機技術水平存有一個不小的差距。只有采用新技術，大力開展輸送機關鍵技術的研究，盡快攻克這些關鍵技術，才能使我國煤礦井下用大型帶式輸送機設計水平、運轉性能與可靠性有一個質的飛躍，真正滿足煤礦高產高效的要求。