礦用帶式輸送機(jī)跑偏機(jī)理及糾偏裝置設(shè)計(jì)應(yīng)用

楊 濱

(晉能控股煤業(yè)集團(tuán) 雁崖煤業(yè)大同有限公司，山西 大同 037031)

1 問題的提出

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)雁崖煤業(yè)大同有限公司5301巷為三盤區(qū)北部，巷道東西走向布置，巷道東部為三盤區(qū)大巷，南部為三盤區(qū)輔運(yùn)平硐，西部為實(shí)煤區(qū)，北部為2302巷。

5301巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1 215 m，巷道設(shè)計(jì)斷面規(guī)格(寬×高)為4.2 m×3.5 m，巷道從三盤區(qū)輔運(yùn)巷開口沿山西組4#煤層底板進(jìn)行掘進(jìn)，4#煤層平均厚度為3.5 m，平均傾角為3°，屬石炭系煤層，穩(wěn)定性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。5301巷采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，巷道采用ZBZ260型掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，采用SSJ-800型帶式輸送機(jī)進(jìn)行煤矸運(yùn)輸，巷道每部輸送機(jī)設(shè)計(jì)安裝長(zhǎng)度為650 m，巷道掘進(jìn)期間共計(jì)安裝兩部輸送機(jī)，截止2020年2月19日5301巷已掘進(jìn)470 m。

5301巷安裝的SSJ-800型帶式輸送機(jī)主要由電機(jī)、減速機(jī)、驅(qū)動(dòng)滾筒、轉(zhuǎn)向滾筒、輸送帶、機(jī)頭架、H架、重梁、上下托輥、尾滾筒、清帶器和各類保護(hù)裝置等組成，輸送機(jī)采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，每部電機(jī)功率為40 kW，輸送機(jī)最大運(yùn)輸能力為1 500 t/h。由于受帶式輸送機(jī)安裝質(zhì)量、輸送機(jī)操作維護(hù)水平等限制，5301巷在前期掘進(jìn)過程中帶式輸送機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象，因跑偏導(dǎo)致斷帶事故9起、電機(jī)燒毀1起、電機(jī)軸承損壞事故3起，嚴(yán)重制約著巷道安全高效掘進(jìn)。

2 帶式輸送機(jī)受力特性及跑偏機(jī)理分析

2.1 帶式輸送機(jī)受力特性分析

帶式輸送機(jī)主要利用驅(qū)動(dòng)滾筒、轉(zhuǎn)向滾筒、尾滾筒以及托輥對(duì)輸送帶產(chǎn)生摩擦動(dòng)力，驅(qū)使輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)，輸送機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)過程中各滾筒軸線互相平行，且滾筒軸線與輸送帶中心線垂直，輸送帶在運(yùn)輸物料時(shí)沿中心線方向受力均勻，如圖1(a)所示。一旦輸送帶出現(xiàn)跑偏時(shí)，不僅輸送帶位置發(fā)生位移，輸送帶中心線與滾筒軸線出現(xiàn)偏角，而且輸送帶在運(yùn)輸方向受力不均，如圖1(b)所示，輸送帶受力不均后在輸送帶徑向產(chǎn)生一個(gè)分力，從而加劇輸送機(jī)跑偏，很容易造成輸送帶斷帶現(xiàn)象。

圖1 輸送機(jī)正常與跑偏時(shí)輸送帶拉應(yīng)力分布圖

2.2 輸送機(jī)跑偏機(jī)理

通過對(duì)5301巷掘進(jìn)期間帶式輸送機(jī)的觀察發(fā)現(xiàn)，帶式輸送機(jī)出現(xiàn)跑偏主要有以下幾方面原因：

(1) 輸送機(jī)安裝質(zhì)量不合格。為了保證帶式輸送機(jī)安裝質(zhì)量，輸送機(jī)安裝前必須由地測(cè)科現(xiàn)場(chǎng)給定輸送機(jī)安裝中線，保證輸送機(jī)安裝后滾筒軸線與輸送帶中心線垂直。但是5301巷在掘進(jìn)過程中底板不平整且巷道存在坡度，輸送機(jī)安裝未嚴(yán)格按照技術(shù)要求進(jìn)行安裝，導(dǎo)致輸送機(jī)安裝后卸載滾筒與尾滾筒軸線不平行，輸送帶在運(yùn)輸方向受力不均，導(dǎo)致輸送帶跑偏。

(2) 卸載物料沖擊作用。5301巷采用掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，掘進(jìn)機(jī)尾部安裝一部轉(zhuǎn)載輸送機(jī)，轉(zhuǎn)載輸送機(jī)電動(dòng)卸載滾筒與SSJ-800型帶式輸送機(jī)尾部搭接聯(lián)合出煤，由于輸送機(jī)掘進(jìn)時(shí)轉(zhuǎn)載輸送運(yùn)煤量大，轉(zhuǎn)載輸送機(jī)在卸載煤矸時(shí)對(duì)下輸送機(jī)產(chǎn)生沖擊力，從而造成輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)失穩(wěn)，導(dǎo)致輸送機(jī)跑偏。

(3) 防跑偏效果差。5301巷SSJ-800型帶式輸送機(jī)主要安裝防跑偏托輥對(duì)輸送機(jī)跑偏進(jìn)行控制，防跑偏托輥安裝在輸送帶兩側(cè)，當(dāng)輸送帶出現(xiàn)跑偏時(shí)，輸送帶與跑偏托輥接觸防止輸送帶進(jìn)一步跑偏，但是傳統(tǒng)防跑偏托輥只能對(duì)跑偏量超過0.3 m以上的輸送帶進(jìn)行控制，控制精準(zhǔn)度低，防跑偏效果差。

3 智能電控防跑偏裝置設(shè)計(jì)應(yīng)用

3.1 裝置結(jié)構(gòu)

為了保證5301巷帶式輸送機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，減少輸送機(jī)跑偏現(xiàn)象，通過技術(shù)研究設(shè)計(jì)一套智能電控防跑偏裝置，該防跑偏裝置主要由皮帶防跑偏檢測(cè)裝置和皮帶糾偏裝置兩部分組成。

(1) 皮帶防跑偏檢測(cè)裝置：該裝置主要由立輥、軸承、傳動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪、長(zhǎng)軸、復(fù)位彈簧和角度傳感器等部分組成，如圖2(a)所示。每組防跑偏檢測(cè)裝置共計(jì)兩個(gè)立輥，立輥外層為橡膠材質(zhì)，立輥長(zhǎng)度為0.6 m，直徑為0.15 m，立輥安裝在輸送帶兩側(cè)，與輸送帶邊緣距離為0.1 m。角度傳感器主要由集控器、電位器和活動(dòng)變阻器等部分組成，集控器與皮帶糾偏裝置中的PLC連接。

(2) 皮帶糾偏裝置：該裝置由調(diào)偏托輥、側(cè)托輥架、托輥調(diào)高架、支撐架、蝸輪蝸桿、PLC、電機(jī)等部分組成，如圖2(b)所示。每組調(diào)偏托輥主要由兩個(gè)錐形側(cè)托輥和一個(gè)中心托輥組成，托輥調(diào)高架可根據(jù)輸送帶跑偏量對(duì)側(cè)托輥高度進(jìn)行調(diào)整，調(diào)高行程為0.3 m～0.6 m；電機(jī)為變頻電機(jī)，電機(jī)功率為1.2 kW，電機(jī)分別與PLC以及蝸輪蝸桿裝置連接。

圖2 帶式輸送機(jī)智能電控防跑偏裝置結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 裝置工作原理

3.2.1 皮帶防跑偏檢測(cè)裝置工作原理

帶式輸送機(jī)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)輸送帶跑偏時(shí)，輸送帶對(duì)立輥進(jìn)行擠壓，致使立輥旋轉(zhuǎn)，輸送帶跑偏量與立輥旋轉(zhuǎn)成正比例對(duì)應(yīng)關(guān)系，立輥旋轉(zhuǎn)后通過軸承、主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪帶動(dòng)長(zhǎng)軸旋轉(zhuǎn)，使得角度傳感器內(nèi)的滑動(dòng)變阻器發(fā)生位移，從而改變滑動(dòng)變阻器的電阻值，電位器及時(shí)對(duì)變阻器電阻值進(jìn)行計(jì)算測(cè)量，確定立輥旋轉(zhuǎn)量，并將數(shù)值通過集控器傳送至PLC內(nèi)。當(dāng)輸送帶跑偏控制復(fù)位后，通過安裝在長(zhǎng)軸的復(fù)位彈簧可將立輥進(jìn)行復(fù)位。

3.2.2 皮帶糾偏裝置工作原理

PLC接收數(shù)據(jù)信號(hào)后及時(shí)進(jìn)行處理，并對(duì)糾偏裝置中的變頻電機(jī)發(fā)出指令動(dòng)作，電機(jī)接收指令后帶動(dòng)蝸輪蝸桿進(jìn)行左右擺動(dòng)，擺動(dòng)幅度根據(jù)檢測(cè)皮帶跑偏量確定，當(dāng)輸送帶向右側(cè)跑偏時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)蝸輪蝸桿將右側(cè)錐形托輥向上擺動(dòng)，控制皮帶跑偏，當(dāng)輸送帶向左側(cè)跑偏時(shí)控制原理相同。

3.3 裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)

(1) 裝置成本費(fèi)用低：智能電控防跑偏裝置結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，制造成本低，整套裝置成本不足1.2萬元。該裝置便于安裝維護(hù)，故障率低，可根據(jù)輸送機(jī)運(yùn)輸量、運(yùn)輸長(zhǎng)度確定裝置安裝距離。

(2) 自動(dòng)化水平高：傳統(tǒng)防跑偏托輥主要通過對(duì)跑偏輸送帶產(chǎn)生擠壓作用防止輸送帶繼續(xù)跑偏，但是無法達(dá)到輸送機(jī)跑偏復(fù)位的狀態(tài)；而智能電控防跑偏裝置根據(jù)輸送帶跑偏量對(duì)輸送帶進(jìn)行防跑偏控制，直至輸送帶復(fù)位，全程通過控制器控制作用，自動(dòng)化水平高，防跑偏效果好，防跑偏控制精度高。

(3) 實(shí)用性強(qiáng)：該裝置在安裝時(shí)不受運(yùn)輸條件、輸送機(jī)安裝質(zhì)量以及施工條件影響，不僅可用于采掘工作面中的帶式輸送機(jī)，而且還可用于化工、隧道等領(lǐng)域，實(shí)用性強(qiáng)、應(yīng)用區(qū)域廣。

4 結(jié)束語

5301巷掘進(jìn)至500 m處時(shí)對(duì)帶式輸送機(jī)安裝了5套智能電控防跑偏裝置，安裝距離為80 m，截止2020年6月14日5301巷已掘進(jìn)到位。通過4個(gè)月現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用觀察發(fā)現(xiàn)，5301巷帶式輸送機(jī)安裝智能電控防跑偏裝置后有效控制了輸送機(jī)跑偏現(xiàn)象，巷道在后期掘進(jìn)過程中因輸送機(jī)跑偏導(dǎo)致斷帶事故發(fā)生2起，輸送帶跑偏導(dǎo)致電機(jī)軸承損壞1起，相比巷道掘進(jìn)前期因輸送帶跑偏導(dǎo)致輸送機(jī)事故率降低了80%，預(yù)計(jì)可降低帶式輸送機(jī)維修費(fèi)用達(dá)41.8萬元，有效地保證了巷道安全穩(wěn)定運(yùn)輸，取得了顯著應(yīng)用成效。