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分析国内外带式输送机的现状与发展差距

作者:山东宝能机械科技有限公司 时间:2016-11-04 来源:原创
分析了国内外带式输送机的现状与发展差距,特别是大型带式输送机的核心技术(包括带式输送机动态分析与监测技术、可控软起动技术与功率均衡技术)、设备性能及其可靠性、寿命等,论述了带式输送机技术的发展趋势。 
 1 国外带式输送机技术的现状国外带式输送机技术的发展很快,其主要表现在2个方面:一方面是带式输送机的功能多元化、应用范围扩大化,如高倾角带输送机、管状带式输送机、空间转弯带式输送机等各种机型;另一方面是带式输送机本身的技术与装备有了巨大的发展,尤其是长距离、大运量、高带速等大型带式输送机已成为发展的主要方向,其核心技术是开发应用于了带式输送机动态分析与监控技术,提高了带式输送机的运行性能和可靠性。目前,在煤矿井下使用的带式输送机已达到表1所示的主要技术指标,其关键技术与装备有以下几个特点:
⑴设备大型化。其主要技术参数与装备均向着大型化发展,以满足年产300~500万t以上高产高效集约化生产的需要。
⑵应用动态分析技术和机电一体化、计算机监控等高新技术,采用大功率软起动与自动张紧技术,对输送机进行动态监测与监控,大大地降低了输送带的动张力,设备运行性能好,运输效率高。
⑶采用多机驱动与中间驱动及其功率平衡、输送机变向运行等技术,使输送机单机运行长度在理论上已有受限制,并确保了输送系统设备的通用性、互换性及其单元驱动的可靠性。
⑷新型、高可靠性关键元部件技术。如包含CST等在内的各种先进的大功率驱动装置与调速装置、高寿命高速托辊、自清式滚筒装置、高效贮带装置、快速自移机尾等。如英国FSW生产的FSW1200/(2~3)×400(600)工作面顺槽带式输送机就采用了液粘差速或变频调速装置,运输能力达3000 t/h以上,它的机尾与新型转载机(如美国久益公司生产的S500E)配套,可随工作面推移而自动快速自移、人工作业少、生产效率高。 国外带式输送机的主要技术指标 Tab.1 The main technical parameters of belt conveyer in overseas 国外300~500万t/a高产高效矿井主参数 顺槽可伸缩带式输送机 大巷与斜井固定式强力带式输送机 运距/m 2000~3000 ﹥3000 带速/m.s-1 3.5~4 4~5,最高达8 输送量/t.h-1 2500~3000 3000~4000 驱动总功率/kW 1200~2000 1500~3000,最大达10100
2 国内带式输送机技术的现状我国生产制造的带式输送机的品种、类型较多。在“八五”期间,通过国家一条龙“日产万吨综采设备”项目的实施,带式输送机的技术水平有了很大提高,煤矿井下用大功率、长距离带式输送机的关键技术研究和新产吕开发都取得了很大的进步。如大倾角长距离带式输送机成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机等均填补了国内空白,并对带式输送机的减低关键技术及其主要元部件进行了理论研究和产品开发,研制成功了多种软起动和制动装置以及以PLC为核心的可编程电控装置,驱动系统采用调速型液力偶合器和行星齿轮减速器。目前,我国煤矿井下用带式输送机的主要技术特征指标如表2所示。表2 国内带式输送机的主要技术指标 Tab.2 The main technical parameters of the belt conveyer in China 主参数 顺槽可伸缩带式输送机 大巷与斜井固定式强力带式输送机 运距/m 2000~3000 ﹥3000 带速/m.s-1 3.5~4 4~5,最高达8 输送量/t.h-1 2500~3000 3000~4000 驱动总功率/kW 1200~2000 1500~3000,最大达10100
3 国内外带式输送机技术的差距
3.1 大型带式输送机的关键核心技术上的差距
⑴带式输送机动态分析与监测技术 长距离、大功率带式输送机的技术关键是动态设计与监测,它是制约大型带式输送机发展的核心技术。目前我国用刚性理论来分析研究带式输送机并制订计算方法和设计规范,设计中对输送带使用了很高的安全系统(一般取n=10左右),与实际情况相差很远。实际上输送带是粘弹性体,长距离带式输送机其输送带对驱动装置的起、制动力的动态响应是一个非常复杂的过程,而不能简单地用刚体力学来解释和计算。已开发了带式输送机动态设计方法和应用软件,在大型输送机上对输送机的动张力进行动态分析与动态监测,降低输送带的安全系统,大大延长使用寿命,确保了输送机运行的可靠性,从而使大型带式输送机的设计达到了最高水平(输送带安全系数n=5~6),并使输送机的设备成本尤其是输送带成本大为降低。
⑵可靠的可控软起动技术与功率均衡技术 长距离大运量带式输送机由于功率大、距离长且多机驱动,必须采用软起动方式来降低输送机制动张力,特别是多电机驱动时。为了减少对电网的冲击,软起动时应有分时慢速起动;还要控制输送机起动加速度0.3~0.1 m/s2,解决承载带与驱动带的带速同步问题及输送带涌浪现象,减少对元部件的冲击。由于制造误差及电机特性误差,各驱动点的功率会出现不均衡,一旦某个电机功率过大将会引起烧电机事故,因此,各电机之间的功率平衡应加以控制,并提高平衡精度。国内已大量应用调速型液力偶合器来实现输送机的软起动与功率平衡,解决了长距离带式输送机的起动与功率平衡及同步性问题。但其调节精度及可靠性与国外相比还有一定差距。此外,长距离大功率带式输送机除了要求一个运煤带速外,还需要一个验带的带速,调速型液力偶合器虽然实现软启动与功率平衡,但还需研制适合长距离的无级液力调速装置。当单机功率>500 kW时,可控CST软起动显示出优越性。由于可控软起动是将行星齿轮减速器的内齿圈与湿式磨擦离合器组合而成(即粘性传动)。通过比例阀及控制系统来实现软起动与功率平衡,其调节精度可达98% 以上。但价格昂贵,急需国产化。
3.2 技术性能上差距我国带式输送机的主要性能与参数已不能满足高产高效矿井的需要,尤其是顺槽可伸缩带式输送机的关键元部件及其功能如自移机尾、高效储带与张紧装置等与国外有着很大差距。
⑴装机功率 我国工作面顺槽可伸缩带式输送机最大装机功率为4×250 kW,国外产品可达4×970 kW,国产带式输送机的装机功率约为国外产品的30%~40%,固定带式输送机的装机功率相差更大。 ⑵运输能力 我国带式输送机最大运量为3000 t/h,国外已达5500 t/h。 ⑶最大输送带宽度 我国带式输送机为1400 mm,国外最大为1830 mm。 ⑷带速 由于受托辊转速的限制,我国带式输送机带速为4m/s,国外为5m/s以上。 ⑸工作面顺槽运输长度 我国为3000 m,国外为7300m。 ⑹自移机尾 随着高产高效工作面的不断出现,要求顺槽可伸缩带式输送机机尾随着工作面的快速推进而快速自移。国内自移机尾主要依赖进口,主要有2种:(a)随转载机一起移动的由英国LONGWALL公司生产的自移机尾装置。(b)德国DBT公司生产的自移机尾装置。前者只有一个推进油缸,后者则有2个推进油缸。LONGWALL公司生产的自称机尾用于在国内带宽1.2 m的输送机上,缺点是自移机尾输送带的跑偏量太小,纠偏能力弱,刚性差。德国生产的自移机尾在国内使用效果优于前者,水平、垂直2个方向均有调偏油缸,纠偏能力强。因此,前者还需完善,后者则需研制。但对自移机尾的要求是共同的,既要满足输送机正常工作时防滑的要求,又要满足在输送机不停机的情况下实现快速自移。 ⑺高效储带与张紧装置 我国采用封闭式储带结构和绞车红紧为主,张紧小车易脱轨,输送带易跑偏,输送带伸缩时,托辊小车不自移,需人工推移,检修麻烦。国外采用结构先进的开放式储带装置和高精度的大扭矩、大行程自动张紧设备,托辊小车能自动随输送带伸缩到位。输送带有易跑偏,不会出现脱轨现象。 ⑻输送机品种 机型品种少,功能单一,使用范围受限,不能充分发挥其效能,如拓展运人、运料或双向运输等功能,做到一机多用;另外,我国煤矿的地质条件差异很大,在运输系统的布置上经常会出现一些特殊要求,如弯曲、大倾角(> 25°)直至垂直提升等,应开发特殊型专用机种带式输送机。
3.3 可靠性、寿命上的差距
⑴输送带抗拉强度 我国生产的织物整芯阻燃输送带最高为2500 N/mm,国外为3150 N/mm。钢丝绳芯阻燃输送带最高为4000 N/mm,国外为7000 N/mm。 ⑵输送带接头强度 我国输送带接头强度为母带的50%~65%,国外达母带的70%~75%。 ⑶托辊寿命 我国现有的托辊技术与国外比较,寿命短、速度低、阻力大,而美国等使用的新型注油托辊,其运行阻力小,轴承采用稀油润滑,大大地提高了托辊的使用寿命,并可作为高速托辊应用于带式输送机上,使用面广,经济效益显著。我国输送机托辊寿命为2万h,国外托辊寿命5~9万h,国产托辊寿命仅为国外产品的30%~40%。 ⑷输送机减速器寿命 我国输送机减速器寿命2万h,国外减速器寿命7万h。 ⑸带式输送机上下运行时可靠性差
3.4 控制系统上差距
⑴驱动方式 我国为调速型液力偶合器和硬齿面减速器,国外传动方式多样,如BOSS系统、CST可控传动系统等,控制精度较高。
⑵监控装置 国外输送机已采用高档可编程序控制器PLC,开发了先进的程序软伯与综合电源继电器控制技术以及数据采信、处理、存储、传输、故障诊断与查询等完整自动监控系统。我国输送机仅采用了中档可编程序控制器来控制输送机的启动、正常运行、停机等工作过程。虽然能与可控启(制)支装置配合使用,达到可控启(制)动、带速同步、功率平衡等功能,但没有自动临近装置,没有故障诊断与查询等。
⑶输送机保护装置 国外带式输送机除安装防止输送带跑偏、打滑、撕裂、过满堵塞、自动洒水降尘等保护装置外,近年又开发了很多新型监测装置:传动滚筒、变向滚筒及托辊组的温度监测系统;烟雾报警及自动消防灭火装置;纤维织输送带纵撕裂及接头监测系统;防爆电子输送带秤自动计量系统。这些新型保护系统我国基本处于空白。而我国现有的打滑、堆煤、溜煤眼满仓保护,防跑偏、超温洒水,烟雾报警装置的可靠性、灵敏性、寿命都较低。
4 煤矿带式输送机技术的发展趋势
4.1 设备大型化、提高运输能力
    为了适应高产高效集约化生产的需要,带式输送机的输送能力要加大。长距离、高带速、大运量、大功率是今后发展的必然趋势,也是高产高效矿井运输技术的发展方向。在今后的10a内输送量要提高到3000~4000 t/h,还速提高至4~6m/s,输送长度对于可伸缩带式输送机要达到3000m。对于钢绳芯强力带式输送机需加长至5000m以上,单机驱动功率要求达到1000~1500 kW,输送带抗拉强度达到6000 N/mm(钢绳芯)和2500 N/mm(钢绳芯)。尤其是煤矿井下顺槽可伸缩输送技术的发展,随着高产高效工作面的出现及煤炭科技的不断发展,原有的可伸缩带式输送机,无论是主参数,还是运行性能都难以适应高产高效工作面的要求,煤矿现场急需主参数更大、技术更先进、性能更可靠的长距离、大运量、大功率顺槽可伸缩带式输送机,以提高我国带式输送机技术的设计水平,填补国内空白,接近并赶上国际先进工业国的技术水平。其包含7个方面的关键技术:⑴带式输送机动态分析与监控技术;⑵软起动与功率平衡技术;⑶中间驱动技术;⑷自动张紧技术;⑸新型高寿命高速托辊技术;⑹快速自移机尾技术;⑺高效储带技术。
4.2 提高元部件性能和可靠性
     设备开机率的高与低主要取决于元部件的性能和可靠性。除了进一步完善和提高现有元部件的性能和可靠性,还要不断地开发研究新的技术和元部件,如高性能可控软起动技术、动态分析与监控技术、高效贮带装置、快速自移机尾、高速托辊等,使带式输送机的性能得到进一步的提高。
4.3 扩大功能,一机多用化 拓展运人、运料或双向运输等功能,做到一机多用,使其发挥最大的经济效益。开发特殊型带式输送机,如弯曲带式输送机、大倾角或垂直提升输送机等。
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