井下氣動(dòng)皮帶糾偏裝置設(shè)計(jì)

虞燕鋒

（西山煤電西曲礦， 山西 古交 030200）

引言

作為煤礦井下主要的運(yùn)輸設(shè)備，皮帶運(yùn)輸機(jī)在原煤的運(yùn)輸過(guò)程中起著非常重要的作用，所以其安全穩(wěn)定運(yùn)行是煤礦安全高效生產(chǎn)的保障。由于煤礦井下情況復(fù)雜，環(huán)境惡劣，皮帶運(yùn)輸機(jī)在使用過(guò)程中經(jīng)常會(huì)發(fā)生各種各樣的問(wèn)題，因此對(duì)皮帶進(jìn)行全方位的維護(hù)和系統(tǒng)優(yōu)化可有效減少和防止事故的出現(xiàn)。

1 皮帶跑偏的原因與后果

皮帶跑偏指的是皮帶在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)偏離運(yùn)輸機(jī)中心線的現(xiàn)象，產(chǎn)生這種情況的主要原因是輸送機(jī)機(jī)架的安裝和架設(shè)不合規(guī)范、上部運(yùn)輸物料堆積不均衡、皮帶運(yùn)行過(guò)程不合理、皮帶及機(jī)架不匹配等。其本質(zhì)原因是因?yàn)槠г谶\(yùn)行過(guò)程中受力不均衡導(dǎo)致上方向受力較大的部位偏移。

皮帶跑偏會(huì)對(duì)煤礦生產(chǎn)過(guò)程造成巨大的危害，例如：一是使上方運(yùn)輸物造成翻轉(zhuǎn)掉落，可能產(chǎn)生摩擦起電發(fā)火等事故，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成人員傷亡；二是皮帶跑偏后由于未按正常軌道運(yùn)行，其跑偏部位就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，導(dǎo)致強(qiáng)度嚴(yán)重降低，繼而出現(xiàn)斷帶等情況，產(chǎn)生巨大事故；三是跑偏后造成物料灑落，形成大量落煤，加大了工人的工作量和工作難度，而且此時(shí)皮帶驅(qū)動(dòng)處受力不均勻，加大了設(shè)備的負(fù)荷，從而對(duì)其使用壽命產(chǎn)生很大影響[1]。

2 傳統(tǒng)糾偏裝置

為了防止皮帶運(yùn)輸機(jī)出現(xiàn)皮帶跑偏等現(xiàn)象，皮帶機(jī)在其設(shè)計(jì)之初就安裝有糾偏裝置。當(dāng)前常用的糾偏系統(tǒng)主要有電動(dòng)推桿式、液壓驅(qū)動(dòng)式及機(jī)械回轉(zhuǎn)式這三種[2]。電動(dòng)推桿式系統(tǒng)需要電機(jī)或皮帶運(yùn)行動(dòng)力作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源，其結(jié)構(gòu)冗雜龐大，在井下復(fù)雜環(huán)境中很難有效使用，而且電控式需要額外增加電機(jī)等的防爆功能，大大增加了投入成本；液壓驅(qū)動(dòng)式利用皮帶運(yùn)行產(chǎn)生動(dòng)力，優(yōu)化了機(jī)電部分結(jié)構(gòu)，但其設(shè)備造價(jià)很高，只在部分煤礦中進(jìn)行了配備和應(yīng)用；機(jī)械回轉(zhuǎn)式的原理是當(dāng)皮帶發(fā)生跑偏現(xiàn)象時(shí)，其回轉(zhuǎn)托輥機(jī)架會(huì)根據(jù)皮帶偏轉(zhuǎn)的位置進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)，從而糾正跑偏位置皮帶。此裝置結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，但其穩(wěn)定性很差。在目前的使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)其糾偏效果很一般，常不能有效將皮帶糾正回正確的位置，此外，當(dāng)皮帶跑偏嚴(yán)重時(shí)，因?yàn)槠浼m偏效果很差，反而會(huì)影響皮帶運(yùn)行的穩(wěn)定性。因此，亟需設(shè)計(jì)出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用效果穩(wěn)定優(yōu)良的皮帶糾偏系統(tǒng)裝置。

3 氣動(dòng)糾偏裝置

根據(jù)《國(guó)家煤礦安全規(guī)程》要求，我國(guó)煤礦必須建立壓風(fēng)自救系統(tǒng)，且在間隔不超過(guò)200 m處必須安裝氣管接口。本文設(shè)計(jì)以井下常用的壓風(fēng)管路系統(tǒng)作為動(dòng)力，提供糾偏裝置的正常運(yùn)行。本系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)僅需在井下靜壓風(fēng)管上接口處裝設(shè)三通閥門(mén)引出氣源，既保障了井下壓風(fēng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，又提供了皮帶糾偏系統(tǒng)的動(dòng)力源。系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中當(dāng)皮帶出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象時(shí)，氣動(dòng)控制閥開(kāi)啟，壓力氣驅(qū)動(dòng)氣缸從而使皮帶歸位。本啟動(dòng)糾偏裝置不需額外動(dòng)力輸入，不使用電氣設(shè)備控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)糾偏功能，適用于煤礦井下的復(fù)雜環(huán)境，具有廣泛的推廣意義。

3.1 氣動(dòng)糾偏工作原理

在氣動(dòng)糾偏系統(tǒng)中托輥架和傳送皮帶架通過(guò)轉(zhuǎn)軸連接，當(dāng)皮帶運(yùn)行出現(xiàn)偏移時(shí)氣缸運(yùn)行推動(dòng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)從而進(jìn)行糾偏。如下頁(yè)圖1所示，在皮帶正常運(yùn)行時(shí)，立輥和托輥架處于平衡的初始位置，在這種情況下，皮帶在皮帶架的中間位置運(yùn)行，不會(huì)觸碰到立輥。

當(dāng)皮帶出現(xiàn)跑偏時(shí)，皮帶與立輥接觸，皮帶推動(dòng)立輥使立輥角度發(fā)生變化從而使立輥架的角度也隨之變化，此時(shí)立輥架和換向閥的位置出現(xiàn)偏移，使換向閥被驅(qū)動(dòng)開(kāi)啟，井下壓風(fēng)管路中風(fēng)流經(jīng)過(guò)換向閥流入氣缸中，氣缸中活塞開(kāi)始伸縮變化繼而回轉(zhuǎn)機(jī)架角度開(kāi)始旋轉(zhuǎn)變化使運(yùn)動(dòng)跑偏的皮帶不斷調(diào)整角度回到初始狀態(tài)，如圖2所示?；剞D(zhuǎn)機(jī)架回復(fù)旋轉(zhuǎn)的作用就是使皮帶調(diào)整回初始位置，當(dāng)跑偏皮帶位置被糾正后，立輥重新回到初始位置，換向閥也回復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，此時(shí)氣缸運(yùn)動(dòng)結(jié)束，回轉(zhuǎn)機(jī)架停止旋轉(zhuǎn)。

圖1 皮帶正常運(yùn)行示意圖

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)是根據(jù)設(shè)定的立輥旋轉(zhuǎn)角度對(duì)皮帶跑偏狀態(tài)進(jìn)行確定，同時(shí)也根據(jù)立輥的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行開(kāi)啟或關(guān)閉換向閥，進(jìn)而對(duì)氣缸活塞運(yùn)動(dòng)的位移量進(jìn)行調(diào)整，驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)托輥架進(jìn)行旋轉(zhuǎn)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶的糾偏。氣動(dòng)糾偏結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 皮帶跑偏示意圖

圖3 氣動(dòng)糾偏結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 糾偏裝置氣動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

氣動(dòng)糾偏系統(tǒng)裝置是與立輥聯(lián)結(jié)配合作用來(lái)實(shí)現(xiàn)皮帶的糾偏。正常煤礦井下常用的壓風(fēng)系統(tǒng)氣壓一般為0.4～0.8 MPa，其驅(qū)動(dòng)力完全可以驅(qū)動(dòng)糾偏系統(tǒng)運(yùn)行。對(duì)于部分地質(zhì)條件和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，或風(fēng)壓不穩(wěn)定、波動(dòng)變化大的煤礦則需要裝設(shè)增壓閥或穩(wěn)壓閥來(lái)保障整個(gè)糾偏系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行要求。由于壓風(fēng)管路系統(tǒng)較為復(fù)雜且傳輸距離遠(yuǎn)，其中風(fēng)流由地面輸送至井下，而煤礦環(huán)境中煤塵等雜質(zhì)較多，故在壓風(fēng)管路與糾偏系統(tǒng)連接處的三通閥后需裝設(shè)氣體過(guò)濾器，且濾芯需保證每個(gè)月進(jìn)行固定的維護(hù)和更換，以保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行，延長(zhǎng)其使用壽命。此外，考慮到意外情況的發(fā)生，在糾偏系統(tǒng)風(fēng)壓管路上裝設(shè)自動(dòng)泄壓閥，將泄壓閥的臨界壓力值設(shè)置為1.2 MPa，如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障或發(fā)生意外事件使壓力達(dá)到1.2 MPa以上時(shí)，泄壓閥自動(dòng)開(kāi)啟，氣體從泄壓閥排出實(shí)現(xiàn)降壓功能。在泄壓閥的氣體出口處連接設(shè)置警報(bào)鈴，當(dāng)出現(xiàn)事故時(shí)，警報(bào)鈴響起，工人可及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理。泄壓閥自動(dòng)泄壓后其進(jìn)風(fēng)管路壓力驟減，系統(tǒng)自動(dòng)停止運(yùn)行，避免了事故的發(fā)生。當(dāng)跑偏皮帶糾正完成后，立輥恢復(fù)到正常運(yùn)行位置，立輥架和換向閥亦復(fù)位，此時(shí)進(jìn)氣管路中的氣缸中壓力和風(fēng)管中氣體壓力相同，但排氣管處氣缸中已無(wú)壓力，這就使換向閥處于初始關(guān)閉位置，氣缸中活塞由于兩側(cè)壓力不同而仍會(huì)出現(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致已糾正的皮帶再次出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象。針對(duì)此現(xiàn)象，為防止換向閥處于關(guān)閉位置時(shí)，氣缸中因壓力不平衡而再次運(yùn)動(dòng)，加裝了止回閥。止回閥的壓力預(yù)設(shè)根據(jù)氣缸的參數(shù)和井下實(shí)際的壓風(fēng)系統(tǒng)壓力來(lái)確定，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行[3-4]。氣動(dòng)系統(tǒng)的工作原理如圖4所示。

圖4 氣動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖

4 結(jié)論

本井下氣動(dòng)皮帶糾偏系統(tǒng)裝置是以井下常用的壓風(fēng)管路中壓力風(fēng)流作為原動(dòng)力，無(wú)需考慮防爆要求。該裝置通過(guò)皮帶運(yùn)行與立輥的相對(duì)位置來(lái)進(jìn)行跑偏判斷，從而經(jīng)過(guò)風(fēng)壓驅(qū)動(dòng)氣缸運(yùn)行對(duì)跑偏處皮帶進(jìn)行自動(dòng)糾偏。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。試運(yùn)行后運(yùn)行穩(wěn)定，效果良好，大大減少了運(yùn)輸事故的發(fā)生，適用于我國(guó)各建立了壓風(fēng)系統(tǒng)且風(fēng)壓穩(wěn)定大于0.4 MPa的礦井，具有良好的推廣意義。