關(guān)于礦用帶式輸送機(jī)斷帶抓捕器的設(shè)計(jì)研究

程 帥

（霍州煤電集團(tuán)汾河焦煤股份有限公司回坡底煤礦，山西 洪洞 041600）

0 引 言

隨著國(guó)家對(duì)煤礦資源的大量開(kāi)采，越來(lái)越多的設(shè)備被應(yīng)用到煤礦環(huán)境中，帶式輸送機(jī)作為煤礦開(kāi)采過(guò)程中的重要設(shè)備，保證其具有較好的結(jié)構(gòu)性能，對(duì)提高煤礦開(kāi)采效率具有至關(guān)重要。皮帶作為帶式輸送機(jī)中的重要部件，其在運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常發(fā)生磨損嚴(yán)重、開(kāi)裂、斷裂等故障問(wèn)題，事故一旦發(fā)生，將會(huì)對(duì)煤礦的開(kāi)采率及井下作業(yè)安全造成嚴(yán)重威脅。因此，有必要在現(xiàn)有帶式輸送機(jī)上設(shè)計(jì)一套斷帶捕捉器裝置，主要負(fù)責(zé)對(duì)皮帶斷帶后進(jìn)行快速抓捕，以此提高帶式輸送機(jī)的工作安全。

因此，在對(duì)帶式輸送機(jī)發(fā)生斷裂原因分析基礎(chǔ)上，通過(guò)分析斷帶抓捕器的結(jié)構(gòu)組成特點(diǎn)及工作原理，開(kāi)展了斷帶抓捕器的總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，并通過(guò)搭建試驗(yàn)平臺(tái)，開(kāi)展了斷帶抓捕器抓捕能力的試驗(yàn)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的斷電捕捉器能快速對(duì)斷裂皮帶進(jìn)行夾緊抓捕操作，整體具有較好的抓捕效果。該研究對(duì)提高帶式輸送機(jī)的作業(yè)安全具有重要作用。

1 帶式輸送機(jī)斷帶原因分析

帶式輸送機(jī)作為煤礦生產(chǎn)中的重要設(shè)備，目前，市場(chǎng)上的礦用帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)類(lèi)型相對(duì)較多，但其結(jié)構(gòu)基本都由機(jī)架、主動(dòng)滾筒、皮帶、尾架、清掃裝置、電動(dòng)機(jī)等組成。其在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，會(huì)在皮帶與滾筒之間夾雜較多的煤渣，加上皮帶長(zhǎng)時(shí)間處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)、長(zhǎng)時(shí)間承載等狀態(tài)，導(dǎo)致皮帶出現(xiàn)了磨損嚴(yán)重、開(kāi)裂及斷帶等故障問(wèn)題，嚴(yán)重影響著皮帶的壽命。而造成皮帶斷裂的原因相對(duì)較多，主要包括如下幾點(diǎn)：

1）帶式輸送機(jī)上使用的皮帶未按照相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行生產(chǎn)，存在一定的質(zhì)量問(wèn)題，加上后期長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)、承受較大的外界載荷力，導(dǎo)致了皮帶發(fā)生了斷裂故障；

2）帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)中的齒輪減速器在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，其內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)軸可能會(huì)突然發(fā)生斷裂，造成皮帶間接發(fā)生了斷裂現(xiàn)象；

3）帶式輸送機(jī)中的皮帶主要采用硫化接頭方式進(jìn)行連接。而在接頭連接時(shí)，未對(duì)連接所需的溫度、壓力等參數(shù)進(jìn)行合理的控制，且連接工藝的不正確選擇，導(dǎo)致連接頭在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了較大裂紋、斷裂等故障；

4）帶式輸送機(jī)在運(yùn)行時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)突然停車(chē)現(xiàn)象，此時(shí)會(huì)使皮帶突然承受著較大的載荷作用，當(dāng)外界載荷較大并超過(guò)皮帶的承受能力時(shí)，最終使皮帶發(fā)生了斷裂現(xiàn)象；

5）皮帶運(yùn)行過(guò)程中，其所運(yùn)輸?shù)拿禾恐亓繒r(shí)常會(huì)發(fā)生變化，存在煤炭分布不均勻現(xiàn)象，加上皮帶經(jīng)常處于超載模式的工作狀態(tài)，致使皮帶因受力不均勻而出現(xiàn)了斷裂現(xiàn)象。

綜上分析，設(shè)計(jì)一套帶式輸機(jī)皮帶斷帶時(shí)的抓捕裝置，對(duì)解決帶式輸送機(jī)皮帶斷帶問(wèn)題具有至關(guān)重要。

2 斷帶抓捕器工作原理分析

結(jié)合前文分析，為有效避免相關(guān)事故的發(fā)生，在帶式輸送機(jī)中安裝了不同數(shù)量的斷帶捕捉器，通過(guò)捕捉器中液壓機(jī)構(gòu)施加捕捉力，在較短時(shí)間和較短距離內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)斷帶后皮帶的有效抓捕。該抓捕器結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，且結(jié)構(gòu)體積相對(duì)較小，主要由油缸、法蘭、傳感器支架、機(jī)架、移動(dòng)楔塊等結(jié)構(gòu)組成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。抓捕器工作時(shí)，首先通過(guò)油缸支撐梁將缸筒進(jìn)行固定，而活塞桿則穿過(guò)法蘭和油缸支撐梁，與移動(dòng)楔塊進(jìn)行連接，通過(guò)在機(jī)架上設(shè)計(jì)一定角度的傾角，可實(shí)現(xiàn)活塞桿的直線運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，在整個(gè)結(jié)構(gòu)中，將固定楔塊和移動(dòng)楔塊進(jìn)行固定，當(dāng)皮帶發(fā)生斷帶時(shí)所產(chǎn)生的下滑力會(huì)通過(guò)兩個(gè)楔塊產(chǎn)生的摩擦力進(jìn)行相互抵消，由此，實(shí)現(xiàn)對(duì)斷帶后皮帶的快速抓捕。

3 斷帶抓捕器總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

由于帶式輸送機(jī)在工作過(guò)程中，其下方的托琨與固定楔塊支架存在一定的距離，不存在接觸現(xiàn)象，由此，可使液壓缸中的活塞桿通過(guò)伸長(zhǎng)或收縮運(yùn)動(dòng)，改變移動(dòng)楔塊的位置，使其與皮帶進(jìn)行快速分離。當(dāng)皮帶發(fā)生斷裂時(shí)，活塞桿推動(dòng)移動(dòng)楔塊并與固定楔塊進(jìn)行接觸，形成楔形自鎖機(jī)構(gòu)，最終使皮帶在摩擦力作用下越拉越緊，實(shí)現(xiàn)對(duì)斷帶后皮帶的快速抓捕。因此，結(jié)合帶式輸送機(jī)抓捕器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)組成，參考現(xiàn)有帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸，利用PROE軟件，對(duì)斷帶捕捉器進(jìn)行了整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)包含了移動(dòng)楔塊、輸送帶、固定楔塊、支架等部件，其整體結(jié)構(gòu)方案簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2 帶式輸送機(jī)抓捕器整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

4 斷帶抓捕器試驗(yàn)驗(yàn)證

為進(jìn)一步驗(yàn)證帶式帶輸送斷帶抓捕器的綜合性能，結(jié)合建立的抓捕器整體結(jié)構(gòu)方案，對(duì)該抓捕器進(jìn)行了實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)和實(shí)物生產(chǎn)，開(kāi)展了斷帶抓捕器實(shí)物的試驗(yàn)測(cè)試研究。所建立的試驗(yàn)平臺(tái)包括了抓捕器結(jié)構(gòu)、抓捕器液壓缸、輸送帶、旋轉(zhuǎn)編碼器，試驗(yàn)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3所示。同時(shí)，在該試驗(yàn)平臺(tái)中，配備了專(zhuān)門(mén)的液壓泵站、電控箱、斷帶拉力產(chǎn)生器、速度傳感器等裝配，通過(guò)斷帶拉力產(chǎn)生器對(duì)皮帶施加較大的拉力，通過(guò)速度傳感器對(duì)皮帶的運(yùn)行速度進(jìn)行檢測(cè)，由此完成了斷帶捕捉器試驗(yàn)平臺(tái)的搭建。

圖3 帶式輸送機(jī)斷帶捕捉器試驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)

通過(guò)建立的抓捕器試驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)抓捕器在不同工作壓力條件下，測(cè)試了抓捕器的抓捕時(shí)間變化情況，開(kāi)展了抓捕器的抓捕性能的試驗(yàn)測(cè)試。通過(guò)測(cè)試可知，該抓捕器的整體抓捕性能相對(duì)較好，能快速實(shí)現(xiàn)對(duì)斷帶后皮帶的抓捕作用。同時(shí)，當(dāng)皮帶在一定速度狀態(tài)下運(yùn)行，隨著抓捕器的系統(tǒng)壓力的逐漸增大，抓捕器使皮帶停止運(yùn)動(dòng)的抓捕時(shí)間越短；在整個(gè)抓捕過(guò)程中，能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶的抓捕作用，并保證了斷帶后的皮帶不對(duì)帶式輸送機(jī)產(chǎn)生一定的影響。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)有經(jīng)驗(yàn)的帶式輸送機(jī)操作人員介紹，該抓捕器整體效果較好，對(duì)提高帶式輸送機(jī)的作業(yè)安全具有重要作用，得到了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的一致認(rèn)可，建立對(duì)抓捕器進(jìn)行細(xì)微結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，在帶式輸送機(jī)上進(jìn)行推廣應(yīng)用。

5 結(jié) 論

有效解決帶式輸送機(jī)皮帶運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的結(jié)構(gòu)斷裂問(wèn)題，是當(dāng)下提高帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)安全的重要改進(jìn)內(nèi)容。因此，首先對(duì)帶式輸送機(jī)發(fā)生斷裂的原因進(jìn)行了分析，通過(guò)分析斷帶抓捕器的結(jié)構(gòu)組成特點(diǎn)及工作原理，開(kāi)展了斷帶抓捕器的總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，并通過(guò)搭建試驗(yàn)平臺(tái)，開(kāi)展了斷帶抓捕器抓捕能力的試驗(yàn)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，所建立的斷電捕捉器能快速對(duì)斷裂皮帶進(jìn)行夾緊抓捕操作，整體具有較好的抓捕效果，并得到操作人員的一致好評(píng)。該研究對(duì)提高帶式輸送機(jī)的作業(yè)安全具有重要作用。