帶式輸送機用斷帶保護裝置的研究與應用

李鵬飛

（潞安集團余吾煤業(yè)公司，山西 長治 046000）

引言

近年來，得益于我國煤炭開采技術的不斷進步使煤炭的產能不斷提高，膠帶輸送機成為煤炭開采中的核心技術裝備，隨著膠帶輸送機不斷向大功率、長距離、高帶速、大傾角和大運量的方向發(fā)展［1］，一旦發(fā)生因逆止器失效或者斷帶而造成的逆轉事故，輕者會摧毀輸送帶機的機架、膠帶及所運輸?shù)拿禾炕涠逊e至輸送機底部，致使巷道堵塞，造成長時間的停產，帶來重大的經濟損失［2－3］。我國近年來帶式輸送機的斷帶問題已經引起了人們的高度重視，除了積極預防，盡量避免斷帶事故的發(fā)生之外，最重要的是采取一定的保護措施，使當發(fā)生斷帶事故時斷帶保護裝置能及時、可靠地制動下滑的輸送帶，避免事故的進一步擴大。

1 斷帶發(fā)生的原因

斷帶的原因［4，5］主要包括以下幾個方面：

1）輸送帶自身的質量原因。輸送帶使用年限過長，輸送帶長時間超負荷運輸以及日常維護不到位都會造成斷帶事故的發(fā)生。

2）輸送帶接頭質量存在問題。輸送帶的接頭主要包括硫化接頭和機械接頭，由于機械接頭的連接強度存在問題，所以現(xiàn)在主要使用的是硫化接頭，硫化接頭在加工時由于壓力、溫度等在硫化板上的布置不均勻，溫度控制不符合標準、保持時間或使用材料有問題、加工工藝不合理等，均會降低連接強度和使用壽命。

3）啟動時輸送帶內的應力變化過大。輸送機在啟動的過程中由于存在著動張力，可能會使輸送帶內的縱向張力超過輸送帶可承受的拉力范圍，造成輸送帶的撕裂。

4）載荷的突然變化。輸送機在運行的過程中可能會卷入質量較大的雜物或者其他因素，造成載荷的突變，引起斷帶事故的發(fā)生。

2 常用的斷帶保護裝置

目前常用的斷帶保護裝置主要包括以下幾種：

1）電控偏心輪式斷帶保護裝置。該裝置主要是采用了加裝了電控裝置的偏心輪機構，主要是在斷帶事故發(fā)生時電控裝置控制偏心輪與皮帶接觸，利用輸送帶的下滑力使輸送帶制動。具有結構簡單、同步性好的優(yōu)點，但是也具有制動力小、可靠性低的缺點。

2）使用阻尼板和單向托輥摩擦制動。這種方法主要是利用全線摩擦制動［6］的原理，位于上面的輸送帶主要通過依靠輸送帶和單向托輥之間的滑動摩擦力來實現(xiàn)制動，位于下方的輸送帶通過下垂時與阻尼板直接接觸發(fā)生滑動摩擦產生的摩擦阻力來阻止下輸送帶的下滑。但是該制動方式需要把輸送機全部的托輥換成單向托輥并且需要在全程鋪設阻尼板，改造費用太過于高昂，因此很少使用。

3）楔塊式斷帶保護裝置。該型斷帶保護裝置主要是采用能產生自鎖的楔塊機構，輸送帶發(fā)生斷帶事故時輸送帶將壓在觸發(fā)輥輪和楔形閘塊上，輸送帶下滑時的摩擦力帶動觸發(fā)輥輪沿著軸座的長槽下滑，同時帶動楔形閘塊動作，在輸送帶的作用力下發(fā)生自鎖將輸送帶的空載邊夾緊在楔形閘塊與上閘塊之間，從而實現(xiàn)制動。具有結構簡單、動作靈活的優(yōu)點，但是也有同步性差容易對輸送帶造成二次傷害的缺點。

4）整體式斷帶保護裝置。該型斷帶保護裝置主要采用了整體設計、分體安裝的設計原則，其獨立于帶式輸送機，安裝方便靈活、避免了制動時可能對輸送機機架造成的損壞［7］，整體式斷帶保護裝置具有抓捕力大（約為分散式抓捕裝置抓捕力的10倍）、動作靈活可靠的優(yōu)點。

下面主要介紹的就是一種新型的整體式斷帶保護裝置。

3 全斷面液壓斷帶保護裝置

一種新型的帶式輸送機用斷帶保護裝置集機電液為一體，充分體現(xiàn)了液壓系統(tǒng)的優(yōu)越性，抓捕力大，傳動穩(wěn)定，在抓捕的過程中不會對輸送帶造成二次傷害。其系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 全斷面液壓斷帶保護裝置系統(tǒng)示意圖

該全斷面液壓斷帶保護裝置主要包括制動機構、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和斷帶信號采集系統(tǒng)等。其中，制動機構主要由上抓捕機架和下抓捕機架等組成；液壓系統(tǒng)主要由液壓泵站、蓄能器、油管及執(zhí)行油缸等構成。電氣控制系統(tǒng)主要由隔爆兼本質安全型電控箱及內部的電控設備構成。斷帶信號采集系統(tǒng)主要由編碼器、信號采集器等構成。

信號采集系統(tǒng)通過編碼器采集膠帶的運行速度、運行方向，通過傳感裝置來判定膠帶的張力和選垂度等來綜合判定輸送帶是否發(fā)生斷帶。該系統(tǒng)所使用的兩點式斷帶檢測方案、編碼器的布置如圖2所示。

圖2 雙編碼器斷帶檢測示意圖

在帶式輸送機運行的過程中，電控系統(tǒng)通過不間斷的采集隨著輸送帶一同旋轉的編碼器輸出的信息，從而判斷輸送帶的運行狀態(tài)。在發(fā)生斷帶后上輸送帶的運行方向會發(fā)生變化，運行的速度也是先向上逐漸減小到零然后再加速下滑，雖然下輸送帶在故障發(fā)生后的運行方向不會發(fā)生變化，但是其運行速度將會明顯的加快，因此通過比較3、4兩個編碼器的的速度值大小及運行方向就可以判斷出輸送帶的運行是否發(fā)生斷帶。

輸送機在正常運行時，信號采集系統(tǒng)采集的信號顯示正常，電控箱不發(fā)出動作處理信號，抓捕裝置不執(zhí)行抓捕動作。輸送機一旦發(fā)生斷帶，編碼器和傳感器采集的輸送帶的各種信號將同時發(fā)生異常，信號采集系統(tǒng)把采集的信號傳送給電控系統(tǒng)，電控系統(tǒng)對采集到的信號進行綜合判斷處理，以便判明輸送帶是否發(fā)生斷帶事故。一旦電控系統(tǒng)判定為斷帶事故發(fā)生，則電控系統(tǒng)發(fā)出信號指令，首先切斷輸送機的動力電源使輸送機因斷電而無動力輸出；同時電液換向閥上電動作，液壓系統(tǒng)中的壓力油快速進入執(zhí)行油缸的無桿腔，驅動執(zhí)行抓捕的機構完成抓捕動作，抓捕楔塊通過強大的摩擦制動迫使輸送帶停止下滑。

經過現(xiàn)場實驗可知該型斷帶保護裝置在執(zhí)行抓捕動作的時候能夠在0.9s以內完成對斷帶的抓捕，按照賀西礦主運皮帶最大允許運行速度4m／s計算從斷帶開始到抓捕結束輸送帶的滑動距離不超過3.6m，抓捕時的抓捕力能夠達到400kN。

4 結語

通過對該型全斷面液壓斷帶保護裝置的研究，在總結實踐經驗的基礎上，研究分析了上運輸送帶及下運輸送帶斷帶發(fā)生的原因及斷帶后膠帶的運行特征。通過編碼器及信號采集傳感器的結合應用提出了雙編碼器結合的全新的斷帶檢測方案，很好地解決了下運帶式輸送機和上運帶式輸送機斷帶檢測這一難點，提高了斷帶檢測的準確性，防止了斷帶保護裝置的誤動作，實現(xiàn)了輸送帶的全程斷帶檢測，保證了煤礦的安全生產。通過模擬實驗與該斷帶保護裝置在余吾煤業(yè)的應用來看，該型斷帶保護裝置能夠滿足安全生產的需求。

［1］ 張旭輝.一種新型電液控制型斷帶抓捕器的研制［J］.機床與液壓，2012（16）：1－3.

［2］ 陳旭昌.帶式輸送機斷帶分析及抓捕器的試驗與應用［J］.煤礦機械，2007（10）：180－181.

［3］ 田愛萍，羅建中.全斷面斷帶抓捕裝置設計研究［J］.煤礦機械，2012（11）：4－6.

［4］ 張晞，齊悅，賈強.雙側旋轉式輸送帶斷帶捕捉裝置［J］.煤炭學報，2009（6）：845－848.

［5］ 杜建偉，李軍霞.楔形斷帶抓捕裝置仿真及試驗研究［J］.礦山機械，2014（2）：65－68.

［6］ 羅建中，陳輝.帶式輸送機全斷面斷帶捕捉器的研究［J］.礦山機械，2010（13）：64－67.

［7］ 楊起，王忠平.帶式輸送機斷帶保護技術與應用［J］.煤礦機械，2010（4）：166－168.