煤礦帶式輸送機(jī)糾偏裝置優(yōu)化應(yīng)用

張攀峰

（山西省長治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司，山西 長治 046000）

1 概述

經(jīng)坊煤礦605 運(yùn)輸順槽位于井田六采區(qū)，北側(cè)鄰近3-606工作面（未掘），南側(cè)、東側(cè)鄰近井田邊界，西側(cè)與六采區(qū)軌道、回風(fēng)巷相連通。

605 運(yùn)輸順槽掘進(jìn)長度為543 m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=4.5 m×2.5 m，巷道掘進(jìn)煤層為3#層，平均厚度為5.5 m，平均傾角為6°。順槽沿3#煤層底板進(jìn)行掘進(jìn)，截至2022 年3 月14 日巷道已掘進(jìn)240 m。巷道采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，采用EBZ200 型掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，采用SSJ-80 型帶式輸送機(jī)運(yùn)輸，巷道安裝兩套FBD 型局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行供風(fēng)。

SSJ-80 型帶式輸送機(jī)運(yùn)輸機(jī)頭與盤區(qū)帶式輸送機(jī)搭接，機(jī)尾與轉(zhuǎn)載機(jī)搭接，帶式輸送機(jī)采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)功率為45 kW，輸送機(jī)最大運(yùn)輸長度為600 m，帶寬為0.8 m，最大運(yùn)輸能力為400 t/h。具體技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 SSJ-80 型帶式輸送機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表

2 帶式輸送機(jī)跑偏特性及機(jī)理

605 運(yùn)輸順槽在前期掘進(jìn)過程中由于受施工條件、輸送機(jī)安裝質(zhì)量以及糾偏效果等影響，輸送機(jī)頻繁出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象。

2.1 帶式輸送機(jī)跑偏特性

帶式輸送機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)滾筒、托輥對(duì)輸送帶產(chǎn)生一個(gè)恒定的靜摩擦作用力，輸送帶穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)輸送帶中心線與滾筒、托輥軸線相互垂直，輸送帶在中心線方向上受力均勻，如圖1（a）所示，在徑向方向上不受其他作用。當(dāng)帶式輸送機(jī)出現(xiàn)跑偏后，輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)方向與設(shè)計(jì)帶中心線出現(xiàn)水平偏角，跑偏后輸送帶中心線與滾筒、托輥軸線不垂直，滾筒、托輥對(duì)輸送帶產(chǎn)生的靜摩擦力不在輸送帶中心線方向上且受力不均，如圖1（b）所示，且在輸送帶徑向方向上產(chǎn)生跑偏分力，導(dǎo)致輸送帶在分力作用下出現(xiàn)跑偏、撕斷現(xiàn)象。

圖1 帶式輸送機(jī)非跑偏狀態(tài)與跑偏狀態(tài)下拉應(yīng)力分布圖

2.2 帶式輸送機(jī)跑偏機(jī)理

通過現(xiàn)場對(duì)605 運(yùn)輸順槽內(nèi)SSJ-80 型帶式輸送機(jī)觀察發(fā)現(xiàn)，帶式輸送機(jī)跑偏主要有以下三方面原因：

1）輸送機(jī)安裝質(zhì)量差。605 運(yùn)輸順槽掘進(jìn)煤層平均傾角為6°，輸送機(jī)安裝后傾角大，同時(shí)受掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)影響，造成巷道底板高低起伏，輸送機(jī)安裝后輸送帶與滾筒之間無法完全接觸，在運(yùn)輸過程中輸送帶出現(xiàn)“上跳下竄”現(xiàn)象，導(dǎo)致輸送帶跑偏。

2）物料沖擊影響。605 順槽帶式輸送機(jī)機(jī)尾與轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭搭接，搭接高度為1.2 m，巷道掘進(jìn)機(jī)后煤矸通過轉(zhuǎn)載機(jī)下方至輸送機(jī)內(nèi)，由于掘進(jìn)期間矸石量大，且轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭處于移動(dòng)狀態(tài)，導(dǎo)致煤矸卸載時(shí)位置不固定，對(duì)輸送帶產(chǎn)生移動(dòng)沖擊力，造成輸送帶在徑向產(chǎn)生沖擊分力，導(dǎo)致跑偏現(xiàn)象。

3）糾偏效果差。605 順槽安裝SSJ-80 型帶式輸送機(jī)主要通過安裝立式糾偏托輥進(jìn)行防跑偏。立式糾偏托輥主要由金屬托輥和立式托輥架組成，托輥安裝后與H 架間距為0.4 m，與H 架夾角為60°。當(dāng)輸送帶跑偏后與托輥接觸控制輸送帶跑偏范圍擴(kuò)大，傳統(tǒng)糾偏托輥無法對(duì)輸送帶產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位糾偏力，而且對(duì)于輸送帶小范圍跑偏不起作用，整體糾偏效果差、故障率高且對(duì)輸送帶磨損嚴(yán)重。

3 帶式輸送機(jī)糾偏裝置優(yōu)化改進(jìn)

針對(duì)傳統(tǒng)糾偏裝置結(jié)構(gòu)簡單、糾偏效果差、故障率高等技術(shù)難題，經(jīng)坊煤礦通過技術(shù)研究，決定對(duì)605 運(yùn)輸順槽帶式輸送機(jī)糾偏裝置進(jìn)行優(yōu)化，安裝了一套電控糾偏裝置及機(jī)械糾偏托輥[1-5]。

3.1 糾偏裝置結(jié)構(gòu)組成

3.1.1 電控糾偏裝置結(jié)構(gòu)組成

1）電控糾偏裝置主要由輸送帶跑偏檢測裝置和輸送帶糾偏裝置兩部分組成。防跑偏檢測裝置主要由檢測托輥、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、檢測機(jī)構(gòu)、復(fù)位彈簧等部分組成；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由軸承、傳統(tǒng)齒輪、從動(dòng)齒輪、長軸等部分組成；檢測機(jī)構(gòu)主要由角度傳感器、PLC 控制器等部分組成。如圖2（a）。

圖2 帶式輸送機(jī)電控糾偏裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2）輸送帶糾偏裝置主要由托輥組、支撐架、糾偏機(jī)構(gòu)等組成。托輥組主要由2 個(gè)錐形側(cè)輥和一個(gè)中心輥組成，托輥組安裝在支撐架上，兩側(cè)錐形側(cè)輥可通過支撐架調(diào)節(jié)高度及布置角，如圖2（b）。

3）糾偏機(jī)構(gòu)主要由小型防爆電機(jī)、蝸輪蝸桿、傳動(dòng)軸等部分組成，糾偏機(jī)構(gòu)連接在支撐架下方。防爆電機(jī)功率為5 kW，通過處理器與檢測機(jī)構(gòu)中的PLC 控制器連接。

3.1.2 機(jī)械糾偏托輥結(jié)構(gòu)組成

1）機(jī)械糾偏托輥主要由固定架、安裝組件、機(jī)械橡膠托輥等部分組成。機(jī)械橡膠托輥主要由橡膠輥、中心軸承、滾動(dòng)軸承、固定銷、強(qiáng)力復(fù)位彈簧、內(nèi)套、固定套、限位塊等部分組成。如圖3。

圖3 帶式輸送機(jī)機(jī)械糾偏托輥結(jié)構(gòu)示意圖

2）橡膠輥長度為1.0 m，直徑為30 mm，外部采用阻燃橡膠包裹。橡膠表層為顆粒結(jié)構(gòu)，增加托輥與皮帶之間靜摩擦力，橡膠輥內(nèi)部活動(dòng)連接2 根中心軸，軸承內(nèi)端連接一根強(qiáng)力復(fù)位彈簧。中心軸、復(fù)位彈簧安裝內(nèi)套內(nèi)部，內(nèi)套中部安裝固定銷起到限位作用。

3）在橡膠輥兩側(cè)安裝限位塊防止中心軸滑落，橡膠輥通過安裝組件安裝在固定架上，固定架安裝在帶式輸送機(jī)上皮帶下方。安裝時(shí)托輥軸線與輸送帶中心線垂直，托輥中心線與輸送帶中心線重合，如圖3（a）。

3.2 糾偏裝置工作原理

3.2.1 電控糾偏裝置工作原理

1）當(dāng)帶式輸送機(jī)出現(xiàn)跑偏時(shí)，跑偏輸送帶與跑偏檢測裝置中托輥接觸，并帶動(dòng)托輥轉(zhuǎn)動(dòng)，托輥通過軸承、傳動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪帶動(dòng)長軸轉(zhuǎn)動(dòng)，然后通過角度傳感器分析托輥旋轉(zhuǎn)角度，從而計(jì)算出輸送帶跑偏量，并將計(jì)算結(jié)果上傳至PLC 控制器內(nèi)。

2）PLC 控制器接收數(shù)據(jù)信號(hào)后及時(shí)進(jìn)行處理、分析，并對(duì)糾偏裝置中電機(jī)下達(dá)“開啟”指令，電機(jī)開啟后帶動(dòng)蝸輪蝸桿向輸送帶非跑偏一側(cè)傾斜，同時(shí)托輥組在軸承帶動(dòng)下同樣向輸送帶非跑偏一側(cè)傾斜，托輥組在傾斜過程中錐形側(cè)輥通過擠壓跑偏輸送帶實(shí)現(xiàn)輸送帶糾偏目的。

3.2.2 機(jī)械糾偏托輥工作原理

通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，電控糾偏裝置對(duì)跑偏量大于0.3 m 的輸送帶糾偏效果好，但是對(duì)于小范圍跑偏的輸送帶糾偏效果差，所以可通過安裝機(jī)械糾偏托輥進(jìn)行糾偏。

1）機(jī)械糾偏托輥與上輸送帶底部接觸，正常運(yùn)輸時(shí)機(jī)械糾偏托輥可作為輸送帶承載件，當(dāng)帶式輸送機(jī)出現(xiàn)下范圍跑偏時(shí)，在靜摩擦作用力跑偏輸送帶會(huì)帶動(dòng)橡膠輥向跑偏側(cè)水平移動(dòng)。

2）橡膠輥在移動(dòng)過程中強(qiáng)力復(fù)位彈簧被拉伸，拉伸過程中對(duì)橡膠輥施加一個(gè)反向復(fù)位拉力，橡膠輥水平位移越大，彈簧對(duì)橡膠輥產(chǎn)生的復(fù)位拉力越大，從而阻止橡膠輥移動(dòng)，橡膠輥對(duì)跑偏輸送帶在徑向產(chǎn)生反向靜摩擦力，從而實(shí)現(xiàn)輸送帶糾偏復(fù)位目的。

3.3 實(shí)際應(yīng)用效果

經(jīng)坊煤礦對(duì)605 運(yùn)輸順槽SSJ-80 型帶式輸送機(jī)糾偏裝置優(yōu)化后，共計(jì)安裝了2 套電控糾偏裝置以及8 個(gè)機(jī)械糾偏托輥，通過6 個(gè)月實(shí)際應(yīng)用：

1）降低了跑偏事故率。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)巷道掘進(jìn)前期共計(jì)出現(xiàn)輸送機(jī)跑偏28 次，跑偏導(dǎo)致斷帶事故7起，電機(jī)燒毀事故1 起，輸送機(jī)機(jī)身跑偏倒架事故4 起，造成經(jīng)濟(jì)損失達(dá)20 余萬元，跑偏事故率占總機(jī)電事故率的17%。而糾偏裝置優(yōu)化后，巷道在后期掘進(jìn)過程中帶式輸送機(jī)共計(jì)出現(xiàn)跑偏4 次，發(fā)生2 起輸送帶跑偏撕帶事故，未發(fā)生倒架、電機(jī)燒毀事故，輸送機(jī)跑偏事故率降至3%以下，設(shè)備維修費(fèi)用減少了17.8 萬元。

2）降低裝置故障率。傳統(tǒng)糾偏托輥糾偏時(shí)輸送機(jī)每30 m 需安裝一組，共計(jì)安裝18 組，安裝數(shù)量多，每天檢修班需安排3 人對(duì)糾偏托輥進(jìn)行更換維護(hù)，勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度大，而且糾偏托輥易磨損，平均每月需更換20～30 組糾偏托輥，故障率高。優(yōu)化后糾偏裝置僅需安裝2 套即可，裝置自動(dòng)化水平高，每天只需1 人操控維護(hù)即可，降低了勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，而且優(yōu)化后裝置在后期使用時(shí)只更換了5 根錐形側(cè)輥，裝置故障率低。

4 結(jié)語

經(jīng)坊煤礦對(duì)SSJ-80 型帶式輸送機(jī)糾偏裝置優(yōu)化后，與傳統(tǒng)糾偏裝置相比，電控糾偏裝置自動(dòng)化水平高、糾偏效果好，糾偏過程中無需人工干預(yù)，勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度小；機(jī)械糾偏托輥結(jié)構(gòu)簡單，可對(duì)小范圍跑偏的輸送帶實(shí)現(xiàn)糾偏復(fù)位作用，與電控糾偏裝置相互配合，可適用于不同型號(hào)的帶式輸送機(jī)中，應(yīng)用領(lǐng)域廣，對(duì)帶式輸送機(jī)起到了預(yù)期糾偏效果，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。