胶带排岩系统的优化设计
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作者: 梁宇 牛慧林
1.实施背景
某矿山采场的岩石由汽车从采场内运输到旋回破碎机，进行粗破碎后通过皮带运输机Y2、2Y4、2Y8运输到岩石分流仓。原设计分流仓中岩石分为两个方向运输，正常情况下，全部岩石通过胶带机ZY1、ZY2、ZY3、ZY4输送至铁路装车楼，然后经铁路外运至曹妃甸填海造田；当铁路站场某一装车线无车辆时，岩石由分流仓下振动给料机排到Y3’胶带机，之后经Y3号和Y4号胶带机将岩石转送到Y5号移置式皮带机，由Y5号移置式皮带机上的卸料车转至排土机排到转载场，见图1-1。
目前，从露天采场到分流仓及司曹铁路装车楼的岩石胶带运输系统已经建成，但Y3’、Y4、Y5胶带运输系统尚未建设，生产能力为2000万t/a的排土机闲置。由于目前矿山生产的岩石大于铁路外运的能力，为保证矿山的正常生产，不能及时外运的岩石应及时运往转载场。因此，在充分利用闲置的排土机设备情况下，对Y3’、Y4、Y5胶带运输系统进行优化设计。
2.皮带机设计
2.1 胶带运输机的总体布置。根据排土场的现状，目前最高排土标高在79m左右。为减少现有排土场的整理工程量，首个排土机平台标高设计为75m，原地形标高为34-35m，计算下排高度最大为40m。Y3胶带机自分流仓引出沿现有排土场向上直达75m平台，通过延伸胶带机、移置式胶带机、排土机排土，从南向北推进。Y3排土场胶带机水平投影长度257m，胶带机角度为12.8°，北侧延伸胶带机水平投影长度170m，移置式胶带机水平投影长度为931m。根据岩石破碎和运输能力能力，Y3’、Y4、Y5胶带运输机设计皮带宽度为1400mm，运行速度4m/s，输送能力2000t/h。
2.2 皮带机驱动功率的计算。皮带机的运转依靠滚筒的圆周力，重载运行时滚筒的圆周力取决于皮带机的摩擦阻力、皮带和物料的重力，当滚筒的圆周力达到上述各力之和时，皮带机才能运转，这时滚筒的圆周力由下式确定：
Fui=CfLg[qro+qru+（2qB+qc）]+qcHg+Fs1+Fs2 （N）
式中：FUI―滚筒的圆周力，N，正值为驱动力；
C―与皮带机长度有关的系数；
f―模拟摩擦系数；
L―皮带机长度；
g―重力加速度，g=9.81m/s2；
Qro―每米承载托辊旋转部分质量kg/m；
Qru―每米回程托辊旋转部分质量kg/m；
Qb―每米皮带的质量kg/m，ST1400钢丝胶带，QB取32.4kg/m；
Qc―每米长皮带上物料的质量kg/m，Qc=112kg/m；
H―皮带机爬升高度m；
Fs1―托辊前倾摩擦力；
Fs2―清扫器和导料槽阻力；
由公式计算出：
Y3’胶带机FUI= 9972360 （N）
Y3胶带机FUI= 58207470 （N）
Y4胶带机FUI=38966250 （N）
Y5胶带机FUI=55936250 （N）
驱动功率PA：
2.3 电机功率选择
电机功率选择除了考虑皮带机运行所需的功率外，还要考虑电机的传动效率和备用系数，采用多电机驱动时还要考虑功率不平衡因素。综合考虑上述因素后，电机配备的功率由下式确定：
式中：K―电机功率储备系数，K=1.1；n―总传动效率，n=0.8；η1―电能转换效率，η1=0.95。带入公式，计算出四条皮带机需要配备的电机功率及型号。具体型号参数见表1
表1：驱动电机选型表
皮带机 Y3’ Y3 Y4 Y5
电机型号 Y315L2-4
200KW YKK4503-4
560KW YKK4004-4
355KW YKK4503-4
560KW
数量 1 2 2 2
2.4 CST可控启动传输系统的选型。Y3、Y4、Y5皮带机驱动装置选择CST可控启动传输系统，根据《CST设计选型手册》，CST选型及参数见表2。
表2：CST选型表
皮带机 Y3 Y4 Y5
CST型号 CST630
速比19.25 CST420
速比19.25 CST630K
速比19.25
CST数量 2 2 2
由于Y3’皮带机长度为48米，启动力矩较小。因此，为Y3’胶带机选择的DCY450-16减速机和NYD250型逆止器。
2.5 托辊组的设计选型。托辊组是决定带式输送机的使用效果，特别是输送带使用寿命的最重要部件之一，托辊组的结构在很大程度上决定了输送带和托辊所受承载的大小与性质。对托辊的基本要求是：结构合理，经久耐用，密封装置防尘性能和防水性能好，使用可靠。轴承保证料号的润滑，自重轻，回转阻力小。2.5.1上分支托辊组。由托辊和横梁组成，由槽角为35°的槽形托辊组，10°、20°的过渡托辊组和纺锤形的缓冲托辊组组成。2.5.2下分支托辊组。由托辊和吊架组成。由下平托辊组，下V型前倾托辊组和下平梳型托辊组组成。托辊组间距3m，每隔7组下平托辊组设置3组下V型托辊组。
3.实施效果
胶带排岩系统投入使用前，该矿的排岩一直采用外包车辆直接从采场装车直接运输至排土场，以排土场6000万吨容积计算，岩石倒运费用约为3亿元人民币。而采用矿内自卸车+胶带排岩系统+排土机的方案，岩石倒运费用（包含投资）为23229万元。胶带排岩系统自2014年下半年投入使用以来，一直运行正常，每月输送岩石量约40万吨，保证了矿山的正常生产运行，经济效益十分显著。
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