礦用帶式輸送機(jī)跑偏分析及糾偏裝置應(yīng)用

薛治東

（大同煤礦集團(tuán)雁崖煤業(yè)有限公司，山西 大同037031）

引言

帶式輸送機(jī)主要是通過柔性皮帶對物料進(jìn)行承載及運(yùn)輸，同時(shí)在兩滾筒間做無限循環(huán)往復(fù)運(yùn)動，與井下工作面使用的轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)等重型設(shè)備相比，帶式輸送機(jī)只能對小直徑的破碎物料進(jìn)行運(yùn)輸，而且運(yùn)輸巷道都處于水平或有輕微的傾斜。帶式輸送機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、成本低廉、運(yùn)輸距離長、工作時(shí)間久、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸效率得到了顯著的提升，然而由于輸送機(jī)長時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)會出現(xiàn)皮帶跑偏的情況，這也制約了礦井的高效發(fā)展[1-2]。

1 工作面概述

大同煤礦集團(tuán)雁崖煤業(yè)公司8312機(jī)械化回采工作面位于三盤區(qū)西翼，工作面回采長度為1 100 m，切巷長度為220 m，工作面回采煤層為山西組4號煤層，平均厚度為3.5 m。

于8312運(yùn)輸巷（2312巷）內(nèi)安裝一部DTL型帶式輸送機(jī)，輸送機(jī)帶寬為1.0 m，電機(jī)功率為400 kW，運(yùn)輸量為2 000 t/h，主要擔(dān)負(fù)著8312工作面回采期間煤矸運(yùn)輸任務(wù)[3]。

截止2019年12月，8312工作面已回采520 m，工作面在前期回采過程中共計(jì)發(fā)生7次帶式輸送機(jī)運(yùn)輸事故，主要包括電機(jī)燒毀、斷帶、撕帶等，通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，其中90%的運(yùn)輸事故主要由輸送帶跑偏造成，造成工作面直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)70元萬元，輸送機(jī)維修費(fèi)用達(dá)32萬元，不僅增加工作面回采成本費(fèi)用，制約著工作面煤矸高效運(yùn)輸，而且威脅著工作面回采安全。

2 帶式輸送機(jī)跑偏機(jī)理及危害分析

2.1 跑偏機(jī)理

通過對8312工作面帶式輸送機(jī)運(yùn)行現(xiàn)狀以及現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，帶式輸送機(jī)發(fā)生跑偏主要由以下幾方面原因造成的：

1）皮帶運(yùn)行時(shí)，當(dāng)寬度方向的外力合大于一定值時(shí)，輸送帶就會發(fā)生跑偏。假設(shè)皮帶寬度方向的外力為FX，皮帶寬度方向位移的靜摩擦力為FX′，當(dāng)FX≤FX′時(shí)，皮帶位移會在靜摩擦力作用下恢復(fù)到平衡位置，這是因?yàn)槠г趯挾确较虻暮狭w零，皮帶不會發(fā)生跑偏；當(dāng)FX＞FX′時(shí)，皮帶在寬度方向失去平衡，皮帶在FX的作用下發(fā)生位移，皮帶由于失去平衡發(fā)生跑偏[4-5]。

2）皮帶在運(yùn)行時(shí)，當(dāng)皮帶在寬度方向上的拉應(yīng)力一側(cè)大、一側(cè)小時(shí)，皮帶由于失去平衡發(fā)生跑偏。皮帶由于一側(cè)緊、一側(cè)松，在經(jīng)過轉(zhuǎn)向輥時(shí)，皮帶會從松邊向緊邊側(cè)移動，皮帶便發(fā)生跑偏。

2.2 帶式輸送機(jī)跑偏危害

1）皮帶發(fā)生跑偏后，皮帶會呈現(xiàn)一邊高、一邊低的狀態(tài)，皮帶上的物料會由皮帶高處涌向皮帶低處，導(dǎo)致物料從皮帶低處撒出，不僅造成物料的浪費(fèi)，還會增加工作人員的勞動強(qiáng)度。

2）皮帶發(fā)生跑偏后，皮帶兩側(cè)會發(fā)生不同程度的磨損，皮帶單側(cè)磨損嚴(yán)重也會造成皮帶發(fā)生撕裂、漏煤的情況。

3）工作人員對跑偏較大的皮帶進(jìn)行矯正時(shí)需要停機(jī)，影響工作面的正常生產(chǎn)。

3 有源式糾偏裝置應(yīng)用分析

為了進(jìn)一步提高帶式輸送機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性，降低輸送機(jī)跑偏事故率，決定對8312工作面帶式輸送機(jī)安裝一套有源式糾偏裝置。

3.1 結(jié)構(gòu)組成

8312工作面帶式輸送機(jī)安裝的有源式糾偏裝置，主要由以下部件組成：下支撐架、上支撐架、伺服電機(jī)、托輥組、跑偏監(jiān)測機(jī)構(gòu)、控制器、蝸輪蝸桿裝置，如圖1所示。皮帶在運(yùn)行時(shí)一旦發(fā)生跑偏，跑偏監(jiān)測機(jī)構(gòu)會立即進(jìn)行監(jiān)測，同時(shí)將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳遞到控制器，控制器對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，判斷是否跑偏、是否啟動糾偏程序以及糾偏的具體距離，當(dāng)伺服電機(jī)受到糾偏信號后，蝸桿蝸輪裝置在電機(jī)的作用下運(yùn)行帶動托輥組旋轉(zhuǎn)。

圖1 有源式糾偏裝置結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 工作原理

1）該裝置的原理主要是在皮帶兩側(cè)安裝立輥，立輥需安裝在四連桿裝置的一端，一旦皮帶發(fā)生跑偏就會帶動立輥移動，從而導(dǎo)致連桿機(jī)構(gòu)擺動，連桿另一端的位移傳感器就會監(jiān)測到位置移動，位移量與跑偏量對應(yīng)變化。與無源式監(jiān)測裝置不同，該立輥只是用來監(jiān)測數(shù)據(jù)，不改變皮帶的受力。

2）輸送機(jī)發(fā)生跑偏時(shí)，跑偏量的監(jiān)測數(shù)據(jù)直接關(guān)系到跑偏裝置糾偏的準(zhǔn)確性，對其監(jiān)測可防止皮帶發(fā)生糾偏過度。合理測量皮帶的跑偏量和跑偏速率能為后期程序精準(zhǔn)計(jì)算提供原始數(shù)據(jù)。

3.3 裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1）結(jié)構(gòu)簡單。該裝置結(jié)構(gòu)相對簡單，便于安裝以及檢修維護(hù)，整套裝置成本費(fèi)用為1.2萬元，成本費(fèi)用相對較低；而且該裝置在實(shí)際應(yīng)用中故障率低。

2）糾偏效果好。該裝置動作靈敏可靠，當(dāng)輸送機(jī)發(fā)生跑偏時(shí)可及時(shí)進(jìn)行糾偏保護(hù)動作，保護(hù)動作時(shí)間在1～3 s范圍內(nèi)，特別是當(dāng)帶式輸送機(jī)發(fā)生跑偏量大于0.4 m時(shí)糾偏效果好。

3）應(yīng)用區(qū)域廣。該裝置實(shí)用性強(qiáng)，可用于采掘工作面各類型號帶式輸送機(jī)中，而且該裝置還可用于建筑、化工等領(lǐng)域中，應(yīng)用區(qū)域廣。

4 應(yīng)用效果

2019年12月14日，對8312工作面DTL型帶輸送機(jī)安裝了一套有源式糾偏裝置，截止2020年3月27日工作面已回采到位。通過3個(gè)月實(shí)際應(yīng)用效果觀察發(fā)現(xiàn)，該裝置安裝后可有效控制帶式輸送機(jī)跑偏現(xiàn)象，工作面在后期回采過程中未發(fā)生因輸送帶跑偏導(dǎo)致輸送機(jī)電機(jī)燒毀、斷帶、撕帶等事故，大大提高了帶式輸送機(jī)使用壽命，帶式輸送機(jī)跑偏事故率由原來的17%降低為3%，全年可降低帶式輸送機(jī)維修成本費(fèi)用達(dá)22萬元，保證了綜采工作面安全高效運(yùn)輸，取得了顯著應(yīng)用成效。