矿用带式输送机驱动装置优化设计.pdf

2023年7月上 世界有色金属55机械加工与制造Machining and manufacturing矿用带式输送机驱动装置优化设计贺正程（甘肃筑鼎建设有限责任公司，甘肃 嘉峪关 7 3 5 1 0 0）摘 要：传统D T（A）型固定带式输送机在绿色智能化钢铁企业原料场运输工艺中存在驱动装置占地面积大、抗冲击性差、使用寿命较短以及维护成本高问题，设计了一种矿用新型矿用带式输送机的驱动装置，阐述了驱动装置设计选型过程，对电动机、减速器和联轴器的选型进行详细对比，并对其优化组合，实际运用结果表明该种驱动装置占地面积小、运行稳定、维护成本低，能够带来经济效益值得进行推广使用。关键词：矿用带式输送机；驱动装置；运行稳定中图分类号：T H2 2 2 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 2-5 0 6 5（2 0 2 3）1 3-0 0 5 5-3Optimization design of driving device for mining belt conveyorHEZheng-cheng(G a n s u Z h u d i n g C o n s t r u c t i o n C o.,L t d,J i a y u g u a n 7 3 5 1 0 0,C h i n a)Abstract:T h e t r a d i t i o n a l D T I I (A)f i x e d b e l t c o n v e y o r h a s p r o b l e ms w i t h l a r g e d r i v i n g a r e a,p o o r i mp a c t r e s i s t a n c e,s h o r t s e r v i c e l i f e,a n d h i g h ma i n t e n a n c e c o s t i n t h e t r a n s p o r t a t i o n p r o c e s s o f g r e e n a n d i n t e l l i g e n t s t e e l e n t e r p r i s e r a w ma t e r i a l y a r d s.A n e w t y p e o f d r i v i n g d e v i c e f o r mi n i n g b e l t c o n v e y o r w a s d e s i g n e d,a n d t h e d e s i g n a n d s e l e c t i o n p r o c e s s o f t h e d r i v i n g d e v i c e w a s e x p l a i n e d.A d e t a i l e d c o mp a r i s o n w a s ma d e b e t w e e n t h e s e l e c t i o n o f e l e c t r i c mo t o r s,r e d u c e r s,a n d c o u p l i n g s,A n d o p t i mi z e i t s c o mb i n a t i o n.T h e a c t u a l a p p l i c a t i o n r e s u l t s s h o w t h a t t h i s d r i v i n g d e v i c e h a s s ma l l f o o t p r i n t,s t a b l e o p e r a t i o n,l o w ma i n t e n a n c e c o s t,a n d c a n b r i n g e c o n o mi c b e n e f i t s,w h i c h i s w o r t h p r o mo t i n g a n d u s i n g.Keywords:mi n i n g b e l t c o n v e y o r;D r i v e d e v i c e;S t a b l e o p e r a t i o n收稿日期：2 0 2 3-0 4作者简介：贺正程，男，生于1 9 9 0 年，汉族，兰州永登人，本科，助理工程师，研究方向：从事冶金工程设计、非标机械设计和运输机械设计。原料场是有色金属和黑色金属企业冶炼生产十分重要的接受、贮存、加工处理原、燃料的场地。现代化有色金属和黑色金属大型原料场的贮存料场包括矿石原料场、煤堆场和辅助原料场；不仅贮存外购的氧化铝粉、矿石、焦煤、动力煤、铁精矿、焦炭、锰矿石、石灰石、白云石、硅石以及其他循环物，如氧化铁皮、高炉瓦斯灰、焦粉、烧结粉、返矿料等。带式输送机是原料场运输工艺中的关键设备，若采用传统DT（A）型固定带式输送机的驱动装置则可能无法使原料场运输工艺达到技术先进、节能减排、高效低耗、经济适用和安全可靠。针对传统DT（A）型固定带式输送机使用过程中的现的问题，根据使用要求和经验，设计一种矿用新型带式输送机的驱动装置，能够满足绿色智能化钢铁企业原料场的使用要求。矿用带式输送机的驱动装置由电动机、减速器以及高（低）速联轴器、制动器和逆止器等组成。1 驱动装置标准部件选型1.1 电动机对于功率大于200KW以上的矿用带式输送机采用大中型高压三相异步电动机，功率小于200KW以下的矿用带式输送机采用低压三相异步电动机。常规功率小于200KW以下的矿用带式输送机采用低压三相异步电动机为4极电动机，而6极电动机很少用于普通带式输送机中，表1针对常用功率的4极和6极电动机关键参数进行对比。从表1中可以看出，额定扭矩的差别显著，其余参数均不明显。额定扭矩越大矿用带式输送机的启动（包括带料启动）越平稳，电动机的抗冲击性越强，因此选择6级电动机更适合工况复杂的场合。1.2 减速器常规设计中采用的是ZLY、ZSY硬齿面圆柱齿轮减速器和DBY、DCY硬齿面圆锥圆柱齿轮减速器，虽然具备承载能力大、传动效率高、噪音低、体积小、重量轻、寿命长的特点，但与进口品牌的FLEND、SEW等品牌减速器仍然存在差距，具体从以下几方面分析：（1）承载能力。以FLENDER、SEW公司的产品为例，同样（或相近）的高速轴与低速轴中心距1993年样本的额定功率比1988年样本提高了将近10%20%，1997年和1995年样本的额定功率又比1993年样本的额定功率提高了20%左右，1999年样本又比1997年样本提高了约10%。但是我国很大一部分减速器的额定功率仅与FLENDER、SEW公司的19951995年样本的额定功率值相当，而且随着产品的不断更新升级，差距越来越大。除了极个别公司外，国外著名公司的减速器产品样本的承载能力基本相当。技术的成熟、加工能力的强大和质量控制水平是承载能力不断提高的主要原因。（2）专业模块化设计。齿轮联轴器外齿轴套的生产数量由1个零部件增加到20个时，制造成本的变化为：小零件（重0.75kg，450mm）成本降低了80%左右，中型零件（重15kg，190mm）成本降低45%左右。（3）噪声技术。大多数国外公司都是采用高精磨齿的圆锥齿轮（80年代以前圆锥齿轮一般不磨齿，在渗碳淬火后只世界有色金属2023年7月上56机械加工与制造Machining and manufacturing作对研跑合），通过齿轮的精修，加大重合度，改进减速器箱体的结构吸收噪音设计等措施来减小噪声。通过实验对比，90年代开发的产品比80年代的产品低2.59DB（A）。（4）减速机的通用技术标准。通过减速器的设计和加工制造的标准制定，从而进一步提高减速器行业的竞争能力，促进减速机的长远发展。1.3 高速联轴器常规功率大于45KW矿用带式输送机采用液力耦合器，功率小于45KW的采用梅花形弹性联轴器。液力耦合器是工作介质为液体的一种非刚性联轴器。着重从液力耦合器的优缺点对比分析：1.3.1 优点（1）具备柔性传动自适应功能。（2）具备隔离扭振和减缓冲击功能。（3）具备提高带载荷或空载启动能力的功能。（4）具备超载时保护电机和设备不被损坏的过载保护功能。（5）具备协同调节多机顺序启动、均衡荷载和稳定并车功能。（6）具备柔性制动减速功能。（7）具备设备延时缓慢启动功能，能平稳地启动大惯量、大扭矩机械设备。（8）适应复杂环境的工况，可以在低温、潮湿、粉尘、防爆的环境下工作。（9）可以将价格昂贵的绕线式电机代替为廉价的鼠笼型电机。（10）不污染环境。（11）传递效率高，传递功率与其输入转速的平方成正比，输入转速越高，能容量越大，性能价格比越高。（12）具备无级调速功能，例如调速型液力耦合器可在输入端转速不变的条件下，通过调整耦合器工作腔的充液量而改变输出转速和输出扭矩。（13）具备离合功能，例如调速型和离合型液力耦合器，可在电动机不停机的条件下，使工作设备启动或制动。（14）具备稳定调节动力机运行工作范围的功能。（15）具有节能效果，能够降低电动机的瞬时启动电流和持续时间，降低对电网的负荷冲击，降低电动机的装机容量，大惯量难启动机械设备应用限矩型和离心式机械调速型液力耦合器节能效果显著。（16）除了轴承、油封外无任何直接的机械摩擦，故障率较低，使用寿命长。（17）性能价格比高，初始设备投资少，投资回收期较短。1.3.2 缺点（1）始终存在转差率，不能被消除，还有转差功率的损失，限矩型液力耦合器的额定效率约为0.96，调速型液力耦合器与离心式机械匹配的相对运行效率在0.850.97之间。（2）输出转速始终小于输入转速，且传递的输出转速不准确，只能适用于对转速精度不高的场合。（3）调速型液力耦合器使用过程中发热，需要附加冷却系统，增加投资费用和运行维检费用。（4）占地面积较大，需要在动力机与工作设备之间占有一定空间距离。（5）调速范围相对较窄，与离心机械匹配调速范围为11/5左右，与恒力矩机械匹配调速范围为11/3左右。（6）不具备变矩功能。（7）传递功率与其输入转速的平方成正比，输入转速过低时，耦合器规格增大，性价比较低。（8）耦合器中添加的油品为8号液压油、32号液压油等难燃液压油、20号透平油、6号液力传动油，日常维护保养费用高且难度大，现场泄露情况严重。对于液力耦合器的日常维护保养费用高且难度大，现场泄露情况严重等缺点，可以采用LT弹性套柱销联轴器或LTZ带制动轮弹性套柱销联轴器（用于制动要求的场合）代替中低功率带式输送机的液力耦合器。LT弹性套柱销联轴器是将一端套有弹性套（橡胶制品材料）的柱销，装在一个半联轴器和另一个半联轴器凸缘孔中，来实现两半联轴器的联接。结构简单，制造难度小，不用润滑；更换弹性套方便，不用移动半联轴器，具有补偿两轴端相对偏移和减振缓冲功能。弹性套工作时是受压后变形，由于弹性套的厚度较薄，体积小，弹性形变有限，虽然可以补偿轴线位移和弹性，但轴线位移许用的补偿量较少，弹性较弱。适用于电动机和减去器安装底座刚性好、对中精度较高、冲击荷载不大、对减振要求不高的中小型功率轴系传动。结构上两个半联轴器的联接形式不采用螺栓，而是用带橡胶弹性套的柱销。为了更换弹性套时简便而不必拆移机器，为了补偿轴向位移，安装时应注意留出相对应的间隙。利用弹性套可以补偿两轴的偏移，吸收、减小和缓冲振动，所以在正反向变化多、启动频繁的高速轴上应用得广泛。1.4 低速联轴器低速轴的联轴器采用弹性柱销齿式联轴器，弹性柱销齿式联轴器适合于轴线对中安装困难，要求尽量减少辅助工具时的工况环境，特别适用于重载和需要轴线补偿位移的矿用表1常用功率电动机参数对比型号额定功率kW满载堵转电流堵转转矩最大转矩额定扭矩Nmm重量kg转速rmin-1电流A效率%功率因数额定电流额定转矩额定转矩Y180L-422147042.591.50.917.02.02.2142.9197Y200L2-62297044.690.20.836.51.82.0216.6260Y225S-437148070.491.80.877.01.92.2238.7305Y250M-6379807290.80.866.51.82.0360.6400Y280S-475148014092.70.887.01.92.2483.9560Y315S-67598014192.80.876.51.62.0730.8990Y315S-4110148020193.50.896.81.82.2709.81000Y315L1-611098020693.50.876.51.62.01071.911102023年7月上 世界有色金属57机械加工与制造Machining and manufacturing带式输送机的两轴传动。一般情况下，被联结的两轴要求是完全同心，但是在运转过程中持续保持同心状态是不可能的，因为存在安装误差，轴承磨损，受力变形，振动偏移、基础下沉等致使轴线产生径向和角向位移。鼓形齿式联轴器具有补偿径向和角向位移的特性，降低了由于轴向位移引起的附加载荷，提高了传动装置的工作平稳性和可靠性，延长了传动装置的使用寿命。弹性柱销齿式联轴器具有良好的弹性和阻尼减振特性，能补偿两轴相对位移，结构简单，噪音小，不用润滑，可净化工作环境，最大特点是装拆、更换和维护方便，两轴轴线一次性对中后，更换弹性元件时不用移动设备，可快速更换弹性件，节省时间。1.5 制动器矿用带式输送机经过长时间的现场运行，逐步要求停机即停带，不管是从事故状态下的急停要求，还是从物料运输不撒料的角度来说，配置制动器都是十分必要的和有效的。制动器主要由支架、制动件和操纵装置等组成。有一部分制动器还装有制动件间隙调整的装置。为了减小制动力矩和结构尺寸，制动器通常装在设备的高速轴上，但对安全性较高要求的大型设备(如矿井提升机、绞车机、电梯等)则应装在靠近设备工作部分的低速轴上，以应对其他零部件失效。矿用带式输送机的制动器应装在电动机与减速器之间的联轴器上。矿用带式输送机通常采用的是依靠制动块压紧在制动轮上实现制动功能的外抱块式制动器。因为单个制动块存在对制动轮轴压力大而不均匀，所以通常采用多对制动块，使制动轮轴上所受制动块的压力相互抵消。外抱块式制动器：按照操纵装置行程的长短可分为短行程块式制动器和长行程块式制动器，短行程块式制动器的磁铁直接装在制动臂上。工作时，动铁芯绕销轴转动实现松闸；断电时磁铁靠主弹簧紧闸。这种制动器结构紧凑，紧闸和松闸动作快，但冲击力大，对振动器的性能要求较高。长行程块式制动器通过制动杠杆系统产生大的松闸力，但制动动作慢，适于大型设备的制动器，其中短行程块式制动器适用于矿用带式输送机。制动器实际选配常采用的YW系列电力液压块式制动器和YW5系列电力液压块式制动器。1.6 逆止器ZLY、ZSY硬齿面圆柱齿轮减速器和DBY、DCY硬齿面圆锥圆柱齿轮减速器需要单个选配NF型非接触式逆止器和NJ（NYD）型凸块式逆止器，并需与硬齿面减速器进行固定配套。但进口品牌的FLEND、SEW等品牌减速器可直接选配带逆止器的型号的减速器，无需单配，并且使用效果好，维护简单。2 实施情况采用低压三相异步6极电动机+LT弹性套柱销联轴器+FLENDER、SEW减速器+弹性柱销齿式联轴器的新型矿用带式输送机驱动装置系统已经广泛运用于酒钢原料场的物料运输，实际效果良好，地面积小、运行稳定、检修维护周期长、难度低，降低了30%的维保费用，满足了绿色智能化钢铁企业原料场的使用要求。驱动装置示意图。图1直交轴系列图示图2平行轴系列图示3 经济效益及推广价值本套新型矿用带式输送机的驱动装置，投入运行良好，实现了稳定、耐用、维护简单的目的，解决传统DT（A）型固定带式输送机驱动装置占地面积大、抗冲击性差、使用寿命较短以及维护成本高等问题，符合绿色智能化钢铁企业原料场的要求，具有良好的社会效益。4 结语新型矿用带式输送机的驱动装置实际运行效果良好，地面积小、运行稳定、检修维护周期长、难度低，解决了传统DT（A）型固定带式输送机驱动装置占地面积大、抗冲击性差、使用寿命较短以及维护成本高等问题。