礦用皮帶輸送機糾偏裝置的分析研究

李 林

（山西晉煤集團陽城晉圣誠南煤業(yè)有限公司， 山西 晉城 048006）

引言

皮帶輸送機憑借其獨特的優(yōu)勢在煤礦生產(chǎn)運輸過程中得以廣泛運用。一般而言，皮帶輸送機功耗較低、運行可靠、可輸送的里程較遠，然而在煤礦生產(chǎn)運輸過程中，由于受力不均或者輸送距離較遠等因素的影響，整體降低了皮帶輸送機的使用壽命，比如皮帶輸送機在運作過程中可能會由于偏移發(fā)生結(jié)構(gòu)損害、煤礦灑落、部件磨損等[1]。因此應(yīng)配備有效皮帶輸送機監(jiān)測裝置的糾偏裝置。

1 皮帶發(fā)生跑偏的分析

1）皮帶輸送機空載情形下：在皮帶空載情境下，皮帶輸送機的輸送量處于最大值，具有平穩(wěn)的運行狀態(tài)。其中，皮帶中的各個滾筒由托輥進行承載，通過滾筒推動皮帶前行或改變方向，此時托輥與滾筒的俯視中央線和皮帶前進方向相合。在這個過程中，皮帶前進的方向僅受本體重力影響。在安裝過程中，只要皮帶進行較好的對稱布置，使得托輥與滾筒俯視中央線的兩邊受力相抵消，進而兩邊的皮帶能夠在自身重力影響下往中間進行靠攏，以保證皮帶不會跑偏，居中前行。皮帶輸送機的各個部件結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括有托輥、滾筒、皮帶、傳動裝置和驅(qū)動電機等部件[2]。

2）皮帶輸送機重載情形下：皮帶輸送機在重載的情境下各部位受力如圖2所示，其中前提是皮帶保持穩(wěn)定的主體結(jié)構(gòu)不存在傾斜狀況。如2圖所示，將皮帶輸送機上承載的煤礦分為右側(cè)、中間和左側(cè)。其中，右側(cè)皮帶在右側(cè)煤礦的重力影響下，受到右側(cè)煤礦沿著斜面的推力F2'和垂直右側(cè)斜面向下的壓力F1'，它們的矢量和等于FG'；中間的皮帶受到中間煤礦豎直向下的壓力F；左側(cè)皮帶在左側(cè)煤礦的重力影響下，受到左側(cè)煤礦沿著斜面的推力F2和垂直左側(cè)斜面向下的壓力F1，它們的矢量和等于FG。如果皮帶輸送機沒有存在跑偏，則F2=F2'；如果皮帶輸送機發(fā)生向右跑偏，則F2＞F2'，皮帶整體受到煤礦向右的推力（向右的推力F右=F2-F2'）；如果皮帶輸送機發(fā)生向左移跑偏，則F2＜F2'，皮帶整體受到煤礦向左的推力（向左的推力F左=F2'-F2）。

基于以上對皮帶輸送機空載和重載的理論研究分析，合理探究皮帶輸送機跑偏監(jiān)測和糾偏裝置可以有效解決皮帶輸送機在重物的一些情形作用下發(fā)生跑偏故障問題，能夠提高煤礦生產(chǎn)運輸效率，減少甚至于規(guī)避跑偏故障維修處理的過程[3]。

圖1 皮帶輸送機結(jié)構(gòu)簡化圖

圖2 皮帶輸送機重載受力示意圖

2 皮帶輸送機糾偏裝置的研究

在保證皮帶輸送機良好糾偏效果的前提中，糾偏裝置應(yīng)符合整體運行過程中嚴格的多元化環(huán)境要求以提升效果。其中，要求糾偏裝置安裝操作簡便、具有較強的適應(yīng)性，對信息能夠準確測量，具有穩(wěn)定的通訊并不允許有監(jiān)測盲區(qū)[4]。

2.1 皮帶輸送機跑偏監(jiān)測裝置

皮帶輸送機跑偏監(jiān)測裝置的作用原理：在皮帶運作過程中監(jiān)測其跑偏情況，首先設(shè)定系統(tǒng)閾值，當(dāng)皮帶輸送機的偏移程度大于該閾值時，監(jiān)測裝置將會發(fā)送信號到控制器，進而糾正偏移。當(dāng)皮帶輸送機上的煤礦因接投不合格、滾筒圓柱度具有較大的誤差或者主體機構(gòu)和托輥軸線的中心線不貼合偏離前行中心且達到一定的偏移值時，會使得皮帶機輸送帶和旁邊的機架摩擦磨損，煤礦灑落，因此，皮帶輸送機跑偏監(jiān)測的裝置十分有必要。

皮帶輸送機跑偏監(jiān)測裝置的安裝與作用方式：皮帶輸送機跑偏監(jiān)測裝置安裝在皮帶機的兩邊。假設(shè)產(chǎn)生偏移，皮帶會接觸監(jiān)測裝置中的立輥進而帶動其旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)動力的作用下自動打開監(jiān)測裝置中發(fā)射跑偏信號的開關(guān)。其中，煤礦偏移與皮帶沖擊立輥的時候，立輥會憑借其縱向回轉(zhuǎn)的作用沿著皮帶前行的方向偏轉(zhuǎn)一定的角度，進而人工或通過彈簧幫助復(fù)位。再者，皮帶輸送機跑偏監(jiān)測裝置的作用方式是分級監(jiān)測，即根據(jù)立輥的偏轉(zhuǎn)角度大小發(fā)射不同級別的故障信號，進而產(chǎn)生不同的應(yīng)對方式。當(dāng)皮帶輸送機跑偏監(jiān)測裝置發(fā)射一級跑偏信號（立輥的偏轉(zhuǎn)角度為15°～30°），可利用糾偏裝置調(diào)整，其中保證自動復(fù)位前提下，立輥作用力的設(shè)置越小越好（20～60 N）；當(dāng)發(fā)射二級跑偏信號（立輥的偏轉(zhuǎn)角度≥30°），則需要停機進行檢修。皮帶輸送機跑偏監(jiān)測裝置圖示詳見圖3。

2.2 皮帶輸送機糾偏執(zhí)行裝置

皮帶輸送機糾偏裝置在煤礦運輸過程中產(chǎn)生皮帶偏移且無法停機檢修的情境下發(fā)揮重要作用，可以幫助調(diào)正皮帶的位置。其中的措施一般分為四種類型，分別是改變皮帶夾角或者托輥的高度、調(diào)正改向和驅(qū)動滾筒與皮帶對應(yīng)的位置、改善皮帶和擋料板接觸的位置以及改變調(diào)心托輥偏移的角度，本研究設(shè)計是基于最后一種措施來實現(xiàn)對皮帶的糾偏。

圖3 皮帶輸送機跑偏檢測裝置示意圖

皮帶輸送機糾偏裝置的作用原理與布置操作：首先，皮帶機糾偏裝置的結(jié)構(gòu)如圖4所示。皮帶輸送機糾偏裝置通過推桿控制托輥的角度，其中裝置布置分為前傾托輥組和調(diào)心托輥組。當(dāng)皮帶輸送機實行長距離運輸時，應(yīng)在適當(dāng)位置加置調(diào)心托輥組，而特別的在皮帶輸送機尾部和頭部加置前傾托輥組；在短距離運輸時，可設(shè)置每10組槽形托輥中的承載分支加置1組調(diào)心托輥組。一般而言，皮帶會跑偏的原因與兩側(cè)的托輥角度息息相關(guān)，其作用原理是假設(shè)皮帶產(chǎn)生右偏移時，需將右邊調(diào)心托輥采取增大偏移角度的方式，使得左邊可以將皮帶調(diào)心托輥的偏移角度降低，從而糾正皮帶的位置。

圖4 皮帶機糾偏裝置的結(jié)構(gòu)

3 皮帶輸送機糾偏裝置的運行流程

皮帶輸送機糾偏裝置運行流程的設(shè)計見圖5。糾偏裝置中監(jiān)測信號的處置由對應(yīng)控制電路和PLC構(gòu)成的控制器負責(zé)，并由其把控調(diào)心托輥組偏轉(zhuǎn)的角度。具體運行流程如圖5所示，首先進行系統(tǒng)初始化，啟動皮帶機，進而運行檢測子程序。如果檢測結(jié)果顯示立輥偏轉(zhuǎn)角度＞30°時，則立即報警，切斷電源使皮帶機進行停機維修；當(dāng)立輥偏轉(zhuǎn)角度＞15°且≤30°時，糾偏裝置立即啟動，進而由PLC控制器基于偏轉(zhuǎn)的角度計算出調(diào)整調(diào)心托輥組的角度進行皮帶糾正。

圖5 糾偏裝置軟件流程圖設(shè)計

4 結(jié)論

通過監(jiān)測裝置監(jiān)測皮帶輸送機中皮帶的偏移程度，并通過糾偏執(zhí)行裝置實現(xiàn)自動糾偏或者斷電安全人工糾偏的自動化效果，可有效地提高煤礦生產(chǎn)運輸過程中由于皮帶機偏移帶來的大量時間消耗和人工消耗成本，使生產(chǎn)運輸效率最大化。