對礦用膠帶輸送機的優(yōu)化與改進(jìn)

董 華

（蒲縣應(yīng)急管理局， 山西 臨汾 041200）

1 膠帶運輸機改進(jìn)的意義

膠帶運輸機又稱帶式輸送機，由于其能夠滿足較小空間內(nèi)持續(xù)性大范圍運輸任務(wù)，因此廣泛使用于煤礦井下生產(chǎn)過程中。然而，在某些特定的情況下進(jìn)行運輸任務(wù)時，需要膠帶輸送機長時間連續(xù)作業(yè)，這種情況容易使設(shè)備發(fā)生跑偏故障，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致斷帶事故的發(fā)生，對于某些傾角較大的斜井尤為明顯。相對于跑偏，斷帶事故發(fā)生的概率較小，但是其危害更大。一方面，斜井本身有重力的影響，傾斜的坡度會導(dǎo)致設(shè)備損壞時產(chǎn)生嚴(yán)重的連帶損傷。另一方面，在較差的地質(zhì)條件下，對機械的維修又提出了更高的要求[1]。在此背景下，對膠帶運輸機的斷帶保護(hù)以及張緊保護(hù)已經(jīng)被大多數(shù)煤礦企業(yè)列入安全生產(chǎn)制度中。因此，對現(xiàn)有的膠帶運輸機的改進(jìn)具有以下幾點意義：

1）保證井下作業(yè)工人的人身安全。假如發(fā)生斷帶事故，在沒有任何防護(hù)措施的情況下，斷開的皮帶很有可能對運輸線周圍的工人造成傷害。

2）減少故障發(fā)生后設(shè)備的損傷程度。如果發(fā)生跑偏或斷帶事故，由于整條運輸線是一個整體的受力，所以破壞會涉及整條膠帶運輸機的工作面，對生產(chǎn)帶來長時間的影響。以某公司下屬某礦為例，在2002年發(fā)生兩次斷帶事故，膠帶下落至300 m處，沿途支架50以上損毀，恢復(fù)生產(chǎn)共出動48名工人，耗時100 h，對企業(yè)帶來直接和間接損失共計200萬元。

2 膠帶運輸機皮帶跑偏原因分析

2.1 物料污染

在井下礦用膠帶運輸機運行過程中，設(shè)備處于持續(xù)高速運轉(zhuǎn)，巖壁上各類礦石碎屑飛落。一方面，黏附在膠帶表面或背面的雜物會影響其表面張力，使得膠帶往外側(cè)移動，縮短使用壽命，長期下去造成某些零件失效。另一方面，其他部位飛崩的石塊對膠帶運輸機底部托錕造成物體打擊，使得底座受力不均勻，加劇該部位的磨損[2]。

2.2 機械缺陷

對經(jīng)常發(fā)生故障的生產(chǎn)線進(jìn)行事故記錄，發(fā)現(xiàn)機械缺陷占據(jù)了主要因素，可分為兩類情況：第一類情況是設(shè)備安裝問題，部分托錕安裝失誤，運輸機在負(fù)狀態(tài)工況下持續(xù)運行，長期以往變會發(fā)生故障；另一種情況是螺栓失效，一側(cè)或兩側(cè)螺栓失效后，支架失去原有的支撐束縛作用，固定在主臂上的螺栓松動后，連接作用減弱，受力側(cè)支架受控減弱，在強大的載荷下發(fā)生位移，受力方式和受力點均發(fā)生改變，與本身設(shè)計相差較大，使零件產(chǎn)生疲勞甚至毀壞失效。此外，在大傾角工作面下，常見設(shè)計缺少防滑部分，因此設(shè)備在使用過程中受重力作用自然傾斜。

2.3 管理不到位

對資料進(jìn)行檢查后發(fā)現(xiàn)，其在管理上也存在很大的漏洞。首先，缺少對設(shè)備運到后的進(jìn)場檢查，交付時直接簽收，導(dǎo)致安裝時出現(xiàn)托錕部分不匹配，使機械長期在不良工況下運行。其次，井下設(shè)備檢查制度不完善，檢查周期過長，不符合設(shè)備的勞損周期，因此，需要根據(jù)井下膠帶運輸機的故障記錄確定檢修時間間隔[3]。

3 機械改進(jìn)

3.1 改進(jìn)原理

結(jié)合上述分析，對礦用新式膠帶輸送機的改進(jìn)需要從機械本身入手，設(shè)備需要滿足一定的跑偏恢復(fù)性，即皮帶發(fā)生位移后能夠自發(fā)矯正的功能，同時，設(shè)備本身能夠在發(fā)生斷帶時保持整條皮帶的完整性。基于此思路，對膠帶輸送機進(jìn)行，如下頁圖1所示改進(jìn)。

圖1 膠帶運輸機改進(jìn)

如圖1所示，將原托錕兩側(cè)增加傾斜托錕，這就使得膠帶運輸機中心位置摩擦力不變，兩側(cè)受重力作用向中間移動。這樣的設(shè)計能夠保證當(dāng)皮帶跑偏后，通過重力自身作用力將其帶回原位置，獲得自動矯正皮帶的能力。與此同時，兩端皮帶和滾筒間存在一定的空隙，不利于夾帶雜物，更方便落下的石塊和其他碎屑自然下落，減少了對皮帶和托錕的損傷。

此外，加設(shè)楔塊式斷帶保護(hù)裝置，建議根據(jù)井下皮帶的運輸量，在一定的空間間隔下安裝，當(dāng)發(fā)生斷帶事故后，在極短的時間內(nèi)閘塊落下，夾緊斷裂的皮帶兩側(cè)，保持整條皮帶的張緊，對設(shè)備和人員產(chǎn)生保護(hù)作用。其發(fā)生作用原理為：當(dāng)膠帶輸送機正常運行時，其左右兩側(cè)閘塊與皮帶運行方向相同，內(nèi)部受力彈簧處于壓縮狀態(tài)，閘塊與膠帶保持10 mm懸空。當(dāng)膠帶運輸機發(fā)生斷帶事故后，斷帶部位皮帶失去張力，對托錕的摩擦力迅速變小，必有一側(cè)托錕在失去膠帶摩擦力后反向旋轉(zhuǎn)，撥動如圖所示6位置的撥板，觸發(fā)托錕，彈簧頂出制動梁，閘口落下，將皮帶夾緊，斷帶保護(hù)生效。

3.2 改進(jìn)后特點

1）無需增加新的動力來源。防跑偏改進(jìn)，依賴于設(shè)備本身重力，對皮帶的位移產(chǎn)生約束力，起到減少跑偏位移的作用。斷帶保護(hù)改進(jìn)，制動力來源為觸發(fā)托錕內(nèi)側(cè)彈簧，觸發(fā)條件為托錕反轉(zhuǎn)時撥動撥板，也不需要新的動力。避免了加設(shè)新路和元件，保證了膠帶運輸機結(jié)構(gòu)上的緊湊性[4]。

2）對皮帶損傷小。制動閘與膠帶接觸面積足夠大，在斷帶的瞬間對皮帶夾緊時損傷小，同時在大面積制動閘下，保證煤礦不會卡塞。

4 未來研究方向

客觀地說，改進(jìn)還存在一定的瑕疵。比如在設(shè)計方面，膠帶的斷帶保護(hù)機制觸發(fā)條件為托錕反向旋轉(zhuǎn)時，頂出制動彈簧，夾片夾住皮帶。這樣設(shè)計帶來的問題是，在膠帶運輸機需要反向運行時，必須提前將所有保護(hù)彈簧重置方向，在這種情況下，斷帶保護(hù)的觸發(fā)機制成為影響生產(chǎn)的不利條件，需要對設(shè)備轉(zhuǎn)向進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。因此，未來的研究方向為整體重置方向聯(lián)動裝置，只需一個開關(guān)，就能使得所有的觸發(fā)托錕轉(zhuǎn)向。