液壓驅(qū)動帶式輸送機(jī)斷帶保護(hù)裝置應(yīng)用研究

王 超

（大同煤礦集團(tuán)大同地方煤炭有限責(zé)任公司，山西 大同 037000）

帶式輸送機(jī)的工作原理主要是通過摩擦驅(qū)動帶動物料連續(xù)運(yùn)作，其運(yùn)輸能力較強(qiáng)，便于維護(hù)，適應(yīng)傾斜以及平直線路的運(yùn)輸。姜家灣礦從工作面運(yùn)輸巷至井底車場，均朝高效連續(xù)帶式輸送機(jī)運(yùn)輸方向發(fā)展，但是輸送帶在運(yùn)輸過程中經(jīng)常出現(xiàn)斷帶情況。若發(fā)生斷帶事故，運(yùn)輸帶上的煤炭就會加速下滑，導(dǎo)致灑煤、堆煤等情況的發(fā)生，嚴(yán)重時威脅人員安全，給安全生產(chǎn)帶來諸多不利。

1 斷帶原因分析

在姜家灣礦生產(chǎn)運(yùn)輸過程中，輸送機(jī)斷帶的原因大致分為以下幾種：

（1）輸送帶質(zhì)量問題。姜家灣輸送帶長時間處于超負(fù)荷狀態(tài)或交變載荷狀態(tài)，另外日常維護(hù)不及時，造成斷帶事故時有發(fā)生。

（2）輸送帶接頭問題。姜家灣輸送機(jī)接頭采用機(jī)械接頭，由于此種接頭適用于運(yùn)輸距離短的情況，加之經(jīng)常拆移等工作環(huán)節(jié)，造成服務(wù)年限短，因此使用不當(dāng)也會造成斷帶事故發(fā)生。

（3）受力不均。運(yùn)輸帶在運(yùn)輸時，經(jīng)常由于超負(fù)荷運(yùn)輸和空載，造成受力不均導(dǎo)致輸送帶跑偏。

（4）運(yùn)輸中突然出現(xiàn)卡帶或者滿載啟動和停車導(dǎo)致膠帶張力過大。大塊矸石突然混在運(yùn)輸?shù)拿禾恐?，引起運(yùn)輸載荷突然增大。

造成輸送帶斷帶的因素較多，為了保證輸送帶正常運(yùn)行，根據(jù)姜家灣礦運(yùn)輸條件，對帶式輸送機(jī)進(jìn)行改裝并應(yīng)用。

2 帶式輸送機(jī)改裝

2.1 帶式輸送機(jī)斷帶保護(hù)裝置改進(jìn)

帶式輸送機(jī)斷帶保護(hù)裝置的改裝主要是依據(jù)輸送帶動力學(xué)模型以及斷帶抓捕過程力學(xué)分析數(shù)學(xué)模型，從而得出斷帶形成機(jī)理，通過設(shè)計(jì)斷帶監(jiān)測以及斷帶抓捕制動系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)斷帶信號的實(shí)時監(jiān)測。

帶式輸送機(jī)輸送帶發(fā)生斷裂時，物料和輸送帶在重力與張力作用下發(fā)生下滑，造成嚴(yán)重事故，為了防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大，需要在第一時間內(nèi)對斷帶事故進(jìn)行有效抓捕。斷帶前承受的巨大張力在斷帶后并非表現(xiàn)為簡單的重力下滑現(xiàn)象，而是伴隨極速回彈，因此斷帶抓捕器必須依據(jù)輸送帶動力學(xué)特征而設(shè)置進(jìn)行抓捕，才能實(shí)現(xiàn)對輸送帶斷裂情況的準(zhǔn)確分析并抓捕。斷帶保護(hù)裝置設(shè)計(jì)如圖1 所示。

圖1 斷帶保護(hù)裝置

輸送帶在傾斜運(yùn)輸過程中，由于不同位置所受動張力的不同加之輸送帶本身具有黏彈性，使得斷帶位置有所不同。因此，只有通過分析輸送帶傳輸?shù)牧W(xué)特征，才能對斷帶情況實(shí)施有效的抓捕。抓捕器要實(shí)施可靠的抓捕，面臨諸多難題，例如，位置布置以及數(shù)量多少、抓捕力大小等都是亟需解決的問題。

斷帶抓捕過程中，對輸送帶的夾持與制動主要依靠摩擦力，制動力的大小與輸送帶及物料的質(zhì)量和下滑速度有關(guān)，因此通過對輸送機(jī)斷帶抓捕進(jìn)行詳細(xì)的受力分析是斷帶抓捕器設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。

2.2 斷帶時所需克服阻力

克服摩擦力所需載荷計(jì)算：

輸送帶總質(zhì)量：

式中：

V1-輸送帶體積，m3；

l1-輸送帶長度，m，（以姜家灣礦主運(yùn)皮帶實(shí)際長度為例）；

b1-輸送帶寬度，m；

h1-輸送帶厚度，m；

ρ1-輸送帶密度，kg/m3。

裝載煤的總質(zhì)量：

式中：

V2-裝載煤體積，m3；

l2-裝載煤長度，m；

b2-裝載煤寬度，m；

h2-裝載煤高度，m；

ρ2-裝載煤密度，kg/m3。

斷帶產(chǎn)生下滑力：

F=（m1m2）sinθ=（6+187.2）sin15°=50t （3）

式中：

θ-輸送帶傾斜角度，°。

由上述計(jì)算可知，斷帶瞬間，所有保護(hù)裝置共受到?jīng)_擊載荷≥50t。

2.3 斷帶抓捕工作原理

斷帶前，各機(jī)構(gòu)就如圖1 中虛線位置所示。斷帶后，系統(tǒng)自動感知斷帶發(fā)生，傳感器裝置能夠?qū)崟r檢測輸送帶的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過將分析后的數(shù)據(jù)傳輸至控制系統(tǒng)中的PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)反饋，然后控制系統(tǒng)立即向液壓系統(tǒng)發(fā)出指令，此時啟動抓捕系統(tǒng)，上下表面巨大的摩擦力能夠?qū)⒛z帶牢牢抓住，從而完成斷帶保護(hù)。具體過程表現(xiàn)為系統(tǒng)控制油缸驅(qū)動上帶上壓機(jī)構(gòu)和上帶下壓機(jī)構(gòu)各旋轉(zhuǎn)90°，從而將下滑的皮帶緊緊夾住，防止皮帶事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

2.4 斷帶保護(hù)裝置效果分析

觀察上帶上壓、下壓機(jī)構(gòu)受力隨時間變化曲線，如圖2 所示。

圖2 上帶上壓和下壓機(jī)構(gòu)受力隨時間變化曲線

所設(shè)計(jì)斷帶保護(hù)裝置在發(fā)生斷帶情況下，油缸驅(qū)動上帶上壓機(jī)構(gòu)和上帶下壓機(jī)構(gòu)在2s 內(nèi)旋轉(zhuǎn)90°，迅速將下滑的皮帶夾住，完成抓捕輸送帶的工作，防止煤炭滑落。設(shè)計(jì)保護(hù)裝置滯后系統(tǒng)斷帶0.2s 即可進(jìn)入抓捕狀態(tài)，這是由于液壓系統(tǒng)在建壓過程中元件存在反應(yīng)時間。

上帶上壓和下壓機(jī)構(gòu)在2s 內(nèi)受力達(dá)到最大值為3.5×108N，遠(yuǎn)大于50t 重的煤炭和皮帶總質(zhì)量所產(chǎn)生的重力5×105N 的力，因此，此裝置足以滿足輸送帶斷帶后所產(chǎn)生的下滑力。由于斷帶保護(hù)裝置在帶式輸送機(jī)上是多點(diǎn)分布，通常配置10套保護(hù)裝置，一套保護(hù)裝置僅需大約5t 總質(zhì)量物體所產(chǎn)生的力，因此，該保護(hù)裝置完全能夠滿足斷帶保護(hù)要求。

該裝置經(jīng)過改進(jìn)后，能夠有效針對斷帶情況做出應(yīng)急處理，在斷帶發(fā)生時，通過PLC 系統(tǒng)控制，做出及時夾緊下滑的皮帶的動作，防止斷帶事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

3 結(jié)論

（1）通過對斷帶保護(hù)裝置的受力分析，可以發(fā)現(xiàn)該裝置能夠迅速完成保護(hù)工作，保證裝置平穩(wěn)運(yùn)行，并且能夠承受較大沖擊載荷。

（2）斷帶保護(hù)裝置采用整體式的抓捕模式，該裝置布置于機(jī)頭張力最大處與輸送機(jī)中間位置，一旦斷帶，報(bào)警系統(tǒng)立馬啟動，隨后停機(jī)，此時在機(jī)頭與中間位置同時開始進(jìn)行抓捕動作，能夠有效防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大。該裝置易于拆卸，便于井下運(yùn)輸，能夠適用井下有效空間的操作。