简述矿山机械创新设计

与建材装饰2013年12月简述矿山机械创新设计魏鹏（济南钢城矿业有限公司山东济南250101）摘要：在铁矿石生产中，矿山运输机械是一项重要设备。随着科学技术的发展，铁矿石运输机械的设计方法也在不断的推陈出新，本文针对制约矿山发展的运输机械，重点从驱动装置、滚筒和托辊三方面，分析了机械创新设计要点，目的在于切实提高矿山现代化、自动化、机械化生产水平。关键词：矿山运输机械；总体布置；创新设计；设计优势中图分类号：TH122文献标识码：B文章编号：1673-0038（2013）41-0064-02引言矿山生产一直以来采用“皮带+机车”进行运输，随着矿山产量的稳步增加，原有的机车运输存在运距远、运输压力大、运输能力不足、安全系数低等问题，制约了铁矿石运输，这就给皮带运输系统的发展带来了空间。1铁矿运输机械本机位于某一铁矿石矿山区，单机长度为8.139km，是目前国内设计、制造、安装调试单机最长的带式输送机。该机除尾部内地段为室内外均为敞开式廊道，胶带机上设遮阳防雨罩。环境温度-17.4~41.9益。地形较复杂，沿线有二十几个高坡点。采用尾部落料，将破碎机破碎后的铁矿石输送到厂区。带宽1200mm，带速3.5m/s，总落差28m，运量1600t/h。该机是采用ISO设计方法进行设计计算，并用动态分析软件对各种工况进行精确的分析和计算，并以此结果作为总体布置，受力分析、结构设计、零部件选型的依据，保证了设计的可靠性和先进性。2总体布置总体布置见图1，根据胶带机工艺线路布置要求及经济实用性要求，采用头部三驱动和中部转载双驱动方式驱动，可大幅度减少胶带机最大张力（较头尾驱动型式减小25%），降低设备总投资。由于胶带机拉紧行程及拉紧力大，采用了液压绞车自动张紧装置，布置在胶带机头部低张力处，自动调整胶带机各种运行工况所需要的胶带张力；为实现长距离胶带机紧急停机，避免意外撕裂过长胶带、叠带事故及其它安全事故，在胶带机尾部设盘式液压制动装置，因该胶带机中部区域无大的坡度起伏，经动态验算分析中部无须设制动装置。2.1铁矿石生产皮带传输系统所需性能要求新安装的皮带长3700m，型号为DST-1000，设计带速为2.5m/s，运力为450t/h（350）。皮带具有运输量大、安全性能高、维护量小的特性，在保护性使用的情况下每月可运输原铁矿10万t。该皮带是加工制作的设备型号为DTL80/35/2伊132的第一条中长距离皮带机。在设计上采用了目前最先进的DT域（A）型结构，传动滚筒采用涨套式无键联接方式，减速器与滚筒端采用柱销齿式联轴器，传递大功率大，外形尺寸小、使用寿命长；机头、机尾架采用H型钢，增强了头尾架的整体强度；托辊采用35毅槽形托辊和摩擦式调心托辊；机身纵梁与H型支腿全部采用螺栓联接，便于皮带机的安装调试；同时在皮带机的安装设计上，除皮带机的头尾采用地脚螺栓联接外，针对矿石山下的特殊环境，机身全部采用设计成轨枕式安装方式，安装调式非常方便，同时省工省时；在皮带机的配置上：电机采用国内最好的南阳电机，减速器采用德国西门子弗兰德减器起动；山东科技大学的液粘软起动器，皮带张紧采用了全自动液压张紧方式，整个皮带机配备了完善的综合保护及沿线紧急停车装置。能够充分保证系统的安全性，可以提高现场安全系数。2.2自动化系统的接入矿大巷运铁矿采用胶带输送机连续运输后，井下胶带送输系统的运行状况直接影响矿山的产量。胶带送输系统中又以电器控制和保护的可靠性为关键。所以，我矿皮带机的电控系统采用了先进的PLC控制系统，与矿山信息化系统配套，实现整个皮带机运行的远程控制和自动化监控。3矿山机械创新性设计3.1驱动装置长距离带式输送机设计的关键环节之一是选择合理的驱动系统，保证输送机的启制动过程平稳、可控，消除或减小动态应力。对于该胶带机，单机长度达8km之多，应采用具有可控启制动功能的驱动装置，控制输送机按理想的启制动曲线（如S型见图2）启动和制动，以减小输送带及承载部件的动态载荷。在综合考虑设备投资的经济性和技术可靠性，我们选择了美国道奇公司的CST可控起制动作本机的驱动系统。CST可控启图1带式运输机总体布置图图2S型起动加速曲线工艺与设备·64·与建材装饰2013年12月制动由一台行星减速器和一套低速轴调速系统及热交换系统组成，其工作原理：操作者可根据需要，通过控制器设置所需要的加速度曲线和起动时间；在收到起动信号后，电机空载起动，达到额定速度后，液压系统开始增加离合器反应系统的压力。CST可控启制动装置是长距离且线路较复杂的带式输送机的理想驱动装置，具有设定启制动速度曲线自动跟踪功能、过载保护功能、多机平衡功能和低速验带功能，启动系数可以控制在1.05~1.1之间、启制动加减速度可以控制在0~0.05m/S2之间、控制精度为2%。3.2滚筒传动滚筒满足许用扭矩、许用合力要求，直径选用同时也须满足胶带工作张力限制。控制胶带覆盖胶变形量在6%内[D逸35K（d/2+啄2）]条件下选用。改向滚筒选用满足许用合力及包角条件下选用其型号。ST2500以上输送带采用传动滚筒直径准1250mm。所有传动滚筒筒体均采用铸焊结构，轮毂与轮轴之间采用涨套联接；改向滚筒根据负载情况，筒体采用铸焊结构（合张力逸200kW）和全焊结构，焊后整体退火，消除內应力，轮毂与轮轴分别采用涨套和键联接，滚筒周向和纵向焊缝无损伤，其许用扭矩及许用合力均满足设计要求。3.3托辊根据托辊辊子静、动载荷及寿命计算，托辊直径选用准133m，轴承选用4G306；为减小托辊前倾阻力，降低总的运行阻力，仅配置25%的前倾托辊；每10组槽形托辊中设一组全自动调心托辊，每6组下托辊中设一组全自动下调心托辊，防止胶带运行时跑偏。对于长距离胶带机，其主要阻力由托辊旋转阻力和输送带运行阻力组成。通过计算表明，两项约占80%，因此提高托辊辊子的质量尤为重要。托辊辊子采用高性能的大滚珠、大游隙专用轴承（KA系列）及高精度的密封圈，密封结构为非接触式迷宫密封结构，辊皮采用托辊专用有缝焊管，其园度和壁差均严格符合ISO国际标准，辊辊体与轴承座采用CO2气体保护焊，这有效地保证了托辊的性能，降低了托辊旋转阻力。4矿山机械创新性设计效益分析4.1皮带巷截弯取直，减少运输距离原N24采区至主井铁矿仓距离4500m；现皮带巷距离3700m，减少了运输距离800m。原大巷运输过弯道时必须减速鸣号，下车扳道，较为麻烦；现皮带巷采用长皮带连续运输，省去了中间人工环节，增加安全运输系数。现皮带巷运输设备采用液粘软启动、液压自动拉紧、中间冷却降温、PLC控制等先进技术，配套有慢速、撕带、防跑偏、烟雾报警和超温洒水等保护装置，这些先进技术和保护装置能延长皮带的使用寿命，使皮带运输更加安全、平稳和高效。4.2缩短矿山的运输时间原大巷运输采用单轨运输，为避免事故，矿车必须统一调度，分批次运输，中间间隔时间较长。现皮带巷采用长皮带连续运输可以缓冲由于回采工作面出铁矿不均匀造成的高峰铁矿流量，缓解铁矿仓压力，随时运输，不用等待，也不用担心因铁矿仓囤积影响工作面生产，并且可以防止运输大巷出故障，提高了带式输送机的运输效率。4.3提高劳动生产效率矿山设计能力100万t/a，运输系统优化后，平均日运输能力由4320t/d提高到5000t/d，提高了16豫，效率提高了14豫。4.4避免了轨道运输所必需时间及人员消耗建设高产高效矿山，一方面要求在现有技术装备基础上提高工作面单产，另一方面还要精简机构和人员，提高劳动生产率。自皮带巷投入使用后，运输队减少大量的运铁矿机车司机和跟车人员，原该线路运铁矿机车司机平均每天为：6人/班伊3班/天=18人，加上跟车人员，至少可精简或解放劳动生产力30人。自皮带巷投入使用后，增加了大巷材料运输时间；同时，大巷人车由原来4趟增加为12趟，减少了工人下班行走不少于3900m的机会，间接减低了工人劳动强度，增加了工人工作和休息时间，工效也间接得到提高，使各项工作更加富有成效。5结束语综上所述，运行成本低，安全性能好、安全系数高，事故率低。它的成功运行，为该矿围绕打造川铁矿集团“高产高效矿山”的奋斗目标，加速引进现代化生产装备和工艺，切实推进矿山机械化生产率，用机械化生产促进本质安全型矿山建设起到可靠保证作用。参考文献[1]李有忠.浅谈我国矿石机械的技术创新与可靠性提高[J].机械工程与自动化，2008（03）：36~37.[2]王飞，付国雷.矿山机械安全化[J].黑龙江科技信息，2009（06）：44.[3]吴丽华.机械创新设计的几点思考[J].黑龙江科技信息，2007（12）：23~25.收稿日期：2013-12-15作者简介：魏鹏（1985-），男，助理工程师，本科，主要从事设备管理工作。工艺与设备·65·