皮帶運(yùn)輸機(jī)斷帶原因及安防裝置設(shè)計(jì)

李建奇

(潞安化工集團(tuán)司馬煤業(yè)公司，山西 長(zhǎng)治 047100)

0 引言

煤礦開(kāi)采過(guò)程中，因其開(kāi)采區(qū)域的不斷縮小和時(shí)間的延長(zhǎng)，以及地質(zhì)條件的不斷惡化，使其綜采作業(yè)環(huán)境更加復(fù)雜。尤其是開(kāi)采深度超過(guò)千米后，綜采面傾角加大，綜采面順槽超過(guò)27°，作業(yè)難度非常大，事故隱患極多。從綜采面皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行狀況看，綜采作業(yè)環(huán)節(jié)中極易發(fā)生順槽皮帶事故，存在較大的事故隱患，給煤礦開(kāi)采作業(yè)帶來(lái)嚴(yán)重影響。

1 斷帶原因及安防裝置

1.1 斷帶產(chǎn)生的原因

斷帶故障產(chǎn)生的原因主要有張緊設(shè)施故障、安防裝置動(dòng)作錯(cuò)誤、應(yīng)力集中、接頭質(zhì)量差、張力突然增加及重載啟動(dòng)等[1-3]。

張緊設(shè)施故障：張緊設(shè)施主要是故障和調(diào)整不當(dāng)所致，如果張緊力度過(guò)大，超出承重范圍其阻力就會(huì)增大，運(yùn)輸帶會(huì)瞬間緊繃，出現(xiàn)斷帶。若緊張力度太小，低于承重范圍時(shí)，其阻力也相應(yīng)變小，運(yùn)輸帶會(huì)松弛，進(jìn)而出現(xiàn)偏離現(xiàn)象。因此，皮帶輸送機(jī)重新啟動(dòng)或負(fù)載量太大都會(huì)出現(xiàn)斷帶問(wèn)題。

安防裝置動(dòng)作錯(cuò)誤：為了避免斷帶，許多煤礦企業(yè)在綜采輸送環(huán)節(jié)安裝有斷帶保護(hù)性裝置，但是斷帶保護(hù)設(shè)備應(yīng)用的好壞并不統(tǒng)一。因此在煤礦綜采作業(yè)中應(yīng)用保護(hù)裝置，一旦動(dòng)作錯(cuò)誤，而皮帶運(yùn)輸機(jī)仍正常運(yùn)作時(shí)，在保護(hù)器抓捕作用力影響及高拉力環(huán)境中，極易發(fā)生斷帶現(xiàn)象。

應(yīng)力集中：大傾角皮帶輸送機(jī)運(yùn)作過(guò)程中，運(yùn)輸機(jī)上常會(huì)卡有異物，造成皮帶撕裂，在此狀況下，皮帶在應(yīng)力的集中影響下會(huì)出現(xiàn)斷帶。異物卡阻后皮帶自身張力會(huì)受到影響，瞬間增大張力，如果此時(shí)皮帶運(yùn)輸機(jī)的載重量已經(jīng)超過(guò)自身承重量，就會(huì)發(fā)生斷帶[4-5]。同時(shí)，在重新啟動(dòng)皮帶運(yùn)輸機(jī)過(guò)程中存在有不太穩(wěn)定的階段，啟動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)設(shè)施會(huì)向皮帶運(yùn)輸機(jī)傳送一定的牽引力和慣性力，這種力以適當(dāng)波速疊加、傳播和反射在傳送帶上。皮帶輸送過(guò)程中需要對(duì)其他因素進(jìn)行考慮，如此一來(lái)就會(huì)改變傳送帶的運(yùn)行方式，如果皮帶運(yùn)輸機(jī)的最大應(yīng)力在瞬間超過(guò)其所承受的最大值，就會(huì)出現(xiàn)斷裂問(wèn)題。

接頭質(zhì)量差：皮帶運(yùn)輸機(jī)的接頭出也會(huì)存在鋼絲繩芯斷裂的現(xiàn)象，這是因?yàn)殇摻z繩芯制作采用的是硫化工藝，進(jìn)而造成接頭處出現(xiàn)強(qiáng)力膠變質(zhì)的問(wèn)題[6-7]。有些接頭橡膠盡管使用時(shí)間不常，卻極易出現(xiàn)鋼絲繩芯膠質(zhì)開(kāi)裂老化的問(wèn)題，一旦出現(xiàn)這些問(wèn)題就會(huì)造成鋼絲繩芯銹蝕、外漏進(jìn)水等現(xiàn)象，皮帶運(yùn)輸機(jī)也會(huì)由此而出現(xiàn)斷帶。

1.2 斷帶安防裝置類(lèi)型

目前，煤礦企業(yè)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到斷帶保護(hù)裝置的重要性，并將其應(yīng)用到了綜采作業(yè)中。斷帶安防裝置的類(lèi)型比較多，常見(jiàn)的主要有電控偏心輪式、整體式、阻尼板及單向托輥摩擦制動(dòng)等類(lèi)型。

電控偏心輪安防裝置：電控偏心輪安防裝置主要是通過(guò)電控裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)安防，其應(yīng)用原理是皮帶運(yùn)輸機(jī)發(fā)生斷帶的瞬間，由電控裝置對(duì)偏心輪進(jìn)行控制，使其與皮帶接觸，利用皮帶下滑力的帶動(dòng)對(duì)輸送帶進(jìn)行制動(dòng)[8-9]。此安防裝置的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，且同步性較好，不足是制動(dòng)能力及可靠性都相對(duì)低。

整體式斷帶保護(hù)裝置：與電控偏心輪不同的是整體式斷帶保護(hù)裝置，該裝置的安裝為分體式，設(shè)計(jì)則是整體性的，其同皮帶運(yùn)輸機(jī)各自獨(dú)立，安裝非常方便，制動(dòng)過(guò)程中不會(huì)對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)機(jī)架產(chǎn)生損壞，應(yīng)用效果也比較好。

阻尼板及單向托輥摩擦制動(dòng)式：此外，阻尼板及單向托輥式的摩擦制動(dòng)安防裝置也得到一定的應(yīng)用，其運(yùn)行原理是通過(guò)托輥和阻尼板的全程摩擦制動(dòng)，上方輸送帶制動(dòng)方式的實(shí)現(xiàn)主要是依靠單向托輥和傳輸帶間的滑動(dòng)摩擦力來(lái)實(shí)現(xiàn)，下方輸送帶制動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方式是輸送帶斷帶后必然下垂，下垂后輸送帶的下滑速度會(huì)漸漸變慢，直到停止[10]。不過(guò)此制動(dòng)方式中的皮帶運(yùn)輸機(jī)中的托輥應(yīng)全部為單向托輥，與此同時(shí)，還要大量鋪設(shè)阻尼板，安防改造的費(fèi)用比較大，因此應(yīng)用范圍比較小，普及率不高。

2 大傾角皮帶輸送機(jī)安防裝置設(shè)計(jì)

2.1 液壓式斷帶安防裝置運(yùn)行原理

主要構(gòu)造：鑒于上述斷帶安防裝置中存在的不足，設(shè)計(jì)了全斷面液壓式斷帶安防裝置，該裝置的構(gòu)造主要有斷帶信號(hào)采集、液壓觸發(fā)及制動(dòng)等系統(tǒng)。其中，制動(dòng)系統(tǒng)又由上抓捕機(jī)架、下抓捕機(jī)架構(gòu)成，液壓系統(tǒng)則由油管、蓄能器及液壓泵站等構(gòu)成，斷帶信息采集系統(tǒng)則由信號(hào)采集器及編碼器構(gòu)成[11-13]。利用信號(hào)采集器和編碼器對(duì)皮帶運(yùn)輸方向及運(yùn)行速率等信號(hào)進(jìn)行采集，而后由傳感器分析來(lái)綜合判定傳輸帶，辨別其是否發(fā)生了斷帶。

運(yùn)行原理：在運(yùn)行皮帶運(yùn)輸機(jī)時(shí)，電控系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)不間斷地采集一起旋轉(zhuǎn)的編碼器的輸出信號(hào)，實(shí)時(shí)判斷輸送機(jī)運(yùn)行狀況，如果皮帶運(yùn)輸機(jī)出現(xiàn)斷帶，其上輸送帶的運(yùn)行方向會(huì)是相反的方向，運(yùn)行速度也會(huì)表現(xiàn)出向上變小到變?yōu)榱愣笙蛳录铀俚臓顟B(tài)。雖然發(fā)生故障后的下輸送帶運(yùn)行方向同沒(méi)斷帶前較為一致，但其運(yùn)行的速度會(huì)明顯發(fā)生改變。在皮帶運(yùn)輸機(jī)正常運(yùn)行過(guò)程中，信號(hào)采集器顯示正常，電控箱也不會(huì)發(fā)送處理信號(hào)，也不會(huì)啟動(dòng)抓捕裝置。然而如果皮帶運(yùn)輸機(jī)發(fā)生斷裂，皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行狀態(tài)就會(huì)被傳感器和編碼器采集到，由于斷帶信號(hào)不同于正常運(yùn)行的信號(hào)，所以采集系統(tǒng)會(huì)將采集到的異常信號(hào)傳遞給電控系統(tǒng)，電控系統(tǒng)接到異常信號(hào)后會(huì)綜合分析和處理該異常數(shù)據(jù)，進(jìn)一步評(píng)估是否發(fā)生了斷帶。若電控系統(tǒng)判定并非斷帶事故就不會(huì)執(zhí)行下一步命令，若判定為斷裂事故就會(huì)發(fā)送處理信號(hào)，在第一時(shí)間切斷動(dòng)力電源，及時(shí)停止運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行，同時(shí)啟動(dòng)抓捕系統(tǒng)實(shí)施抓捕動(dòng)作，利用強(qiáng)度摩擦力制動(dòng)來(lái)停止輸送帶的下滑。多數(shù)應(yīng)用實(shí)踐顯示，此斷帶安防裝置能夠在0.9 s內(nèi)實(shí)現(xiàn)抓捕動(dòng)作，完全能夠勝任煤礦斷帶的保護(hù)工作。

2.2 結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)

制動(dòng)及液壓觸發(fā)系統(tǒng)：信號(hào)采集、制動(dòng)及液壓觸發(fā)系統(tǒng)是此安防裝置系統(tǒng)的重要構(gòu)成。制動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成主要包含機(jī)架、抓捕機(jī)構(gòu)和觸發(fā)機(jī)構(gòu)，抓捕機(jī)構(gòu)分布于上輸送帶和下輸送帶。液壓觸發(fā)系統(tǒng)的構(gòu)成主要是鎖緊卡接抓捕部分及帶動(dòng)卡接翻轉(zhuǎn)連桿組件，卡接部在上輸送帶的抓捕底端兩側(cè)及下輸送帶抓捕的左側(cè)和右側(cè)；兩個(gè)卡接部結(jié)構(gòu)相同且左右對(duì)稱；上方卡接部于第一連桿上端固定，該連桿另側(cè)下端固定于下方卡接部，此連桿近上方卡接部一側(cè)的末端套接定位塊轉(zhuǎn)孔內(nèi)，且與其構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)連接，同抓捕機(jī)架固連。第一連桿近下方卡接部末端處垂直布設(shè)第二連桿，該連桿頂端固接觸發(fā)桿，左卡接部相應(yīng)觸發(fā)桿同右卡接部相應(yīng)觸發(fā)桿應(yīng)處于同一水平線，但二者間應(yīng)有間隙。第一位塊一側(cè)設(shè)置一個(gè)滑桿，左卡接部相應(yīng)滑桿同右卡接部相應(yīng)滑桿均套設(shè)聯(lián)動(dòng)桿，且使其沿滑桿滑動(dòng)。設(shè)置聯(lián)動(dòng)桿能夠確保左、右卡接部動(dòng)作的同步，聯(lián)動(dòng)桿左下端、右上端均設(shè)置L型傳動(dòng)塊，并于其上端開(kāi)設(shè)通孔，孔內(nèi)穿設(shè)第三連桿。左卡接部對(duì)應(yīng)第三連桿段同下方卡接部固定連接，第三連桿另端穿設(shè)對(duì)應(yīng)側(cè)傳動(dòng)塊通孔并定位，右卡接部所對(duì)應(yīng)第三連桿端與上方卡接部固定連接，另端穿設(shè)與其對(duì)應(yīng)側(cè)傳動(dòng)塊通孔并定位。

抓捕及液壓觸發(fā)機(jī)構(gòu)：抓捕結(jié)構(gòu)、液壓觸發(fā)機(jī)構(gòu)均布置在機(jī)架的左右兩側(cè)，且為皮帶傳輸機(jī)輸送帶下方。抓捕機(jī)構(gòu)配置有重臂，重臂末端配置有重塊。上抓捕架利用第一轉(zhuǎn)軸連接機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)，重臂前端固定連接第一轉(zhuǎn)軸。下抓捕架兩端設(shè)置下方卡接部的連接的二號(hào)卡槽。上、下方的卡接部均設(shè)置有聯(lián)動(dòng)板和卡柱，聯(lián)動(dòng)板底端同第一連桿固定相連，頂端兩側(cè)均設(shè)置固定的第一耳板，耳板上設(shè)計(jì)卡柱安裝孔，卡柱兩端設(shè)計(jì)有固定定位螺桿。

抽動(dòng)桿：在第一、第二連桿間設(shè)置抽動(dòng)桿，其截面為L(zhǎng)形，兩端開(kāi)設(shè)定位通孔。第一及第二連桿在抽動(dòng)桿近一端設(shè)計(jì)多個(gè)定位的通孔。利用自身穿設(shè)的定位通孔固定連接其所對(duì)應(yīng)的抽動(dòng)桿的定位通孔。左右兩機(jī)架內(nèi)側(cè)都設(shè)置第三、第二定位塊，其中第三定位塊前方布置第二定位塊，第二定位塊一側(cè)的兩邊均設(shè)計(jì)套筒兩個(gè)，第一連桿穿過(guò)第二、第三連桿和響應(yīng)的套筒，并同抽動(dòng)桿連接。

2.3 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

該斷帶保護(hù)裝置在抓捕斷帶過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)上下輸送帶抓捕的同步進(jìn)行，可有效避免斷帶附加二次破壞。獨(dú)立機(jī)架的設(shè)置能夠避免制動(dòng)過(guò)程中損壞輸送機(jī)架，且此安防裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維修和安裝，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和調(diào)節(jié)性。信號(hào)采集及液壓系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和靈敏度都較高，能夠利用重力作用和液壓作用同時(shí)觸發(fā)，通過(guò)電源控制來(lái)停止制動(dòng)，不會(huì)出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)和誤動(dòng)作。抓捕結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)，在遇到塵土及雜物卡滯時(shí)也能有效抓捕，提高了抓捕準(zhǔn)確度。

3 結(jié)語(yǔ)

煤礦作業(yè)中皮帶運(yùn)輸機(jī)斷帶故障的影響因素眾多，可靠的斷帶安保裝置顯得非常重要，通過(guò)分析斷帶形成原因并了解常用斷帶保護(hù)裝置能夠有效解決皮帶運(yùn)輸機(jī)斷帶故障。針對(duì)安防裝置動(dòng)作錯(cuò)誤、應(yīng)力集中、接頭質(zhì)量差等問(wèn)題，選擇液壓式全斷面斷帶安保裝置能夠有效提高皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行效率及質(zhì)量，在煤礦開(kāi)采系統(tǒng)中具有良好的應(yīng)用效果，可以為提高煤礦綜采作業(yè)效率提供參考。