礦井下運(yùn)大傾角膠帶輸送機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行技術(shù)措施探析

【摘 要】本文對(duì)礦井下運(yùn)大傾角膠帶輸送機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)和工況進(jìn)行了分析，闡述了其穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合使用現(xiàn)狀指出了為提高安全可靠性應(yīng)采取的技術(shù)措施。

【關(guān)鍵詞】下運(yùn)大傾角；膠帶輸送機(jī)；應(yīng)用

一、下運(yùn)大傾角輸送機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)

下運(yùn)大傾角輸送機(jī)在啟動(dòng)、正常運(yùn)行及制動(dòng)停車過(guò)程中，由于載荷的變化會(huì)引起整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行阻力的變化，該阻力或正或負(fù)，處于交變狀態(tài)。系統(tǒng)在有載起車過(guò)程中，若加速度過(guò)大會(huì)使輸送機(jī)的張力增大，而對(duì)系統(tǒng)各部件也會(huì)產(chǎn)生機(jī)械和電氣沖擊。在有載停車過(guò)程中，若減速度過(guò)大也將產(chǎn)生張力增大和滾料現(xiàn)象，甚者使輸送帶與傳動(dòng)滾筒產(chǎn)生間隙造成打滑以致飛帶。下運(yùn)大傾角輸送機(jī)制動(dòng)時(shí)，需求的制動(dòng)力大，其制動(dòng)減速度限定在0.1～0.2rl/s2范圍，使制動(dòng)平穩(wěn)可靠。

二、下運(yùn)大傾角輸送機(jī)的工況分析

（1）空載及輕載啟動(dòng)。空載及輕載啟動(dòng)雖然是兩種不同的工作狀態(tài)，但都有電動(dòng)正功運(yùn)行的相似工況。為此，在啟動(dòng)時(shí)要進(jìn)行負(fù)載狀態(tài)的判斷。（2）重載啟功。重載啟動(dòng)是指承載帶面載有額定物料或接近額定物料的情況，此時(shí)啟動(dòng)輸送機(jī)為重載啟動(dòng)工況。起車指令發(fā)出，制動(dòng)、檢測(cè)系統(tǒng)工作，由物料重力的下行分力牽引輸送機(jī)起車運(yùn)行，經(jīng)檢測(cè)帶速及電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，電機(jī)投入，為負(fù)功運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到額定帶速后，輸送機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行工況。（3）正常運(yùn)行。當(dāng)輸送機(jī)正常啟車，經(jīng)檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)定加速度、速度達(dá)到額定值，并延時(shí)一定時(shí)間后，加載點(diǎn)開始加載，控制系統(tǒng)進(jìn)入閉環(huán)控制狀態(tài)，輸送機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行工況。（4）超速制動(dòng)。在運(yùn)行過(guò)程中，由于加載的非均勻性及使用條件惡劣，造成運(yùn)量及運(yùn)行阻力呈動(dòng)態(tài)變量，以致產(chǎn)生較大下行負(fù)力并以一定的加速度快速運(yùn)行，產(chǎn)生超速。若不加以阻止則會(huì)飛車。因此，該工況需設(shè)置超速保護(hù)且采取制動(dòng)措施，以遏制超速的發(fā)展，此為超速制動(dòng)工況。（5）空載正常停機(jī)。當(dāng)輸送機(jī)卸載完畢停機(jī)時(shí)，將按設(shè)定程序延時(shí)停機(jī)。延時(shí)停機(jī)過(guò)程中由于運(yùn)行阻力克服慣性力而自動(dòng)減速，當(dāng)帶速降到0.15m/s時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)投入而逐漸停車。

三、下運(yùn)大傾角輸送機(jī)的技術(shù)關(guān)鍵

（1）物料在運(yùn)行中的穩(wěn)定性.下運(yùn)時(shí)物料產(chǎn)生的下行分力使其有向下滾、滑動(dòng)的趨勢(shì)，傾角越大物料下滾、滑的趨勢(shì)越大，物料的穩(wěn)定性就越差。當(dāng)輸送機(jī)急停時(shí)，由于慣性作用，將使物料產(chǎn)生滾滑。因此，防止物料在輸送機(jī)上滾滑是解決輸送物料穩(wěn)定性的主要問(wèn)題。（2）加速度的控制。合理的啟、制動(dòng)加速度對(duì)確保運(yùn)行安全性尤為重要，因此必須采用有效的加速度控制裝置以避免加速度的不合理而引發(fā)事故。（3）運(yùn)行中的飛車現(xiàn)象。當(dāng)呈現(xiàn)超載或嚴(yán)重超載時(shí)，將發(fā)生因大于電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩或最大轉(zhuǎn)矩而超速或飛車現(xiàn)象。因而消除該狀況發(fā)生的潛在因素是解決飛車現(xiàn)象的關(guān)鍵。（4）運(yùn)行中的飛帶現(xiàn)象。由于井下使用條件的惡劣，在膠帶與傳動(dòng)滾筒間粘聚較多的煤泥、水漿等，導(dǎo)致傳動(dòng)摩擦系數(shù)減小，不打滑傳動(dòng)條件破壞，當(dāng)傳動(dòng)滾筒停止轉(zhuǎn)動(dòng)而輸送帶仍按原運(yùn)動(dòng)方向繼續(xù)滑行，即為飛帶現(xiàn)象。須采取可靠措施遏制膠帶滑行。

四、應(yīng)采取的技術(shù)關(guān)鍵措施

（1）防止物料滾滑。大傾角輸送物料穩(wěn)定性的要因是物料與膠帶間及物料間的摩擦力是否大于物料重力的下行分力，通常采取的措施：增加輔帶的壓帶式、提高側(cè)輥槽角的深槽托輥組加防滾擋裝置式等。壓帶式輸送是借助輔帶對(duì)物料施加壓力，產(chǎn)生足夠的摩擦阻力以阻止物料的滾滑，達(dá)到物料的穩(wěn)定運(yùn)行，提高輸送傾角。其結(jié)構(gòu)形式多種，因結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本較高，原煤料流的非均勻性等因素，使應(yīng)用受到一定限制。深槽型輸送機(jī)是通過(guò)增加側(cè)輥槽角，進(jìn)而增加槽深，使輸送帶擠壓物料，從而增大了物料和輸送帶間的摩擦力，以及增大了物料間的內(nèi)摩擦，達(dá)到增阻防滑，穩(wěn)定輸送的目的。其結(jié)構(gòu)形式：?jiǎn)危p）梁、雙排V型四輥結(jié)構(gòu)，底V輥槽角為250，側(cè)輥槽角50°～60°，經(jīng)中、邊支柱裝配于梁架上，具有加工精度高，對(duì)中性良好等特點(diǎn)。其設(shè)計(jì)原則：盡量減小底V輥的支撐長(zhǎng)度；加大側(cè)輥槽角以提高物料的堆積深度；加長(zhǎng)側(cè)輥的長(zhǎng)度以增加托輥對(duì)物料的夾持長(zhǎng)度。為防止大塊物料在輸送帶中浮于碎料表面而滾動(dòng)及少量料流中的單個(gè)塊料在膠帶上的下行滾動(dòng)，而采用柔性防滾擋裝置。由柔性擋簾、跑偏抗輥、門式框架等構(gòu)成。通常安裝間距20m左右。（2）增加阻尼力改善運(yùn)行工。由于負(fù)載的不均勻性、斷續(xù)性，常使電機(jī)工作在正負(fù)功率交變狀態(tài)，使帶速不易控制而發(fā)生飛車事故。欲改善該工況，使輸送機(jī)在穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行，就需適當(dāng)增加運(yùn)行阻力。采用阻尼技術(shù)消除物料下行分力以降低驅(qū)動(dòng)力，對(duì)簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、提高安全可靠性，十分重要。阻尼結(jié)構(gòu)形式多樣，有同定阻尼板式、浮動(dòng)阻尼板式、含油軸承式阻尼托輥、端面摩擦式阻尼托輥、液力式阻尼托輥等。其中浮動(dòng)阻尼板式因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、阻尼效果良好而應(yīng)用較多。其工作原理：當(dāng)空載或輕載時(shí)，由托輥支撐膠帶運(yùn)行，重載時(shí)，托輥受力下沉，由阻尼板支撐膠帶并產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦阻力，起到阻尼作用，以消減物料下行分力，改善運(yùn)行工況，使輸送機(jī)T作在正功或微負(fù)功狀態(tài)，避免飛車事故產(chǎn)生。（3）采用可控制動(dòng)系統(tǒng)。一是制動(dòng)力矩可控；二是具有斷電可控制動(dòng)；三是具有定車功能；四是具有重載起動(dòng)、制動(dòng)力矩零速保持功能；五是實(shí)現(xiàn)多機(jī)制動(dòng)力矩平衡；六是易實(shí)現(xiàn)煤礦井下防爆要求；七是盡量做到節(jié)能。經(jīng)過(guò)不斷創(chuàng)新，現(xiàn)已開發(fā)了智能閘瓦磨損和彈簧失效檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)配備高性能的接觸式位移傳感器和專用檢測(cè)分析模塊，通過(guò)連續(xù)檢測(cè)每個(gè)制動(dòng)閘的閘瓦位移信號(hào)，專用模塊經(jīng)過(guò)分析可輸出閘開信號(hào)，閘瓦磨損報(bào)警信號(hào)等。（4）飛帶捕捉裝置。由于飛帶誘因不能根除，所以設(shè)置飛帶捕捉保護(hù)十分必要。其工作原理：當(dāng)速度檢測(cè)裝置發(fā)出輸送帶打滑信號(hào)，控制系統(tǒng)發(fā)出制動(dòng)或停機(jī)指令，本裝置亦投人工作，使輸送帶按預(yù)定減速度平穩(wěn)減速至停止滑行。主要結(jié)構(gòu)由支架、夾緊器、滑行小車、重錘塊和限位緩沖器等組成。設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題：一是夾緊力大于系統(tǒng)運(yùn)行的總合力；二是夾緊力作用在膠帶表面比壓應(yīng)滿足膠帶表面許用比壓要求，以免損傷膠帶；三是液壓缸的頂壓力要大于彈簧的極限變形力。（5）特殊的電控技術(shù)及保護(hù)。一是電機(jī)的同步投入。當(dāng)帶機(jī)在重載情況下啟動(dòng)時(shí)，不能直接對(duì)電機(jī)送電，若啟動(dòng)太快物料易出現(xiàn)下滑或滾料，此時(shí)是靠物料的下滑力啟動(dòng)輸送機(jī)。當(dāng)逐漸松開制動(dòng)器時(shí)，輸送帶帶動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，經(jīng)速度傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)速，達(dá)到電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速時(shí)，PLC控制電機(jī)自動(dòng)送電，而使電機(jī)運(yùn)行于發(fā)電狀態(tài)。二是電機(jī)的同步切除。當(dāng)帶機(jī)重載停車時(shí)，不能直接切斷電機(jī)，否則易出現(xiàn)飛車現(xiàn)象，造成嚴(yán)重事故。三是電機(jī)啟動(dòng)控制。電機(jī)的啟動(dòng)控制在下運(yùn)皮帶機(jī)中有：直接啟動(dòng)控制、可控軟啟動(dòng)控制等。當(dāng)輸送帶空載或輕載，逐漸松開制動(dòng)器時(shí)，輸送機(jī)不能自動(dòng)啟動(dòng)，這時(shí)據(jù)測(cè)速裝置檢測(cè)輸送機(jī)處于零速狀態(tài)或起車太慢時(shí)，需直接啟動(dòng)電機(jī)，達(dá)額定帶速后再對(duì)輸送機(jī)加載。但此時(shí)不應(yīng)造成較大沖擊和物料的滾滑，否則，采用可控軟啟動(dòng)控制來(lái)啟動(dòng)電機(jī)。四是運(yùn)行中的超速保護(hù)裝置。由鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性知，當(dāng)負(fù)載力矩超過(guò)電機(jī)的最大發(fā)電制動(dòng)力矩Mn時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速上升，制動(dòng)力矩急劇下降，出現(xiàn)嚴(yán)重的飛車現(xiàn)象。為此在控制時(shí)，要求電機(jī)的轉(zhuǎn)速不能超過(guò)極限制動(dòng)力下的臨界轉(zhuǎn)速。超速分為兩級(jí)，即超速I和超速Ⅱ。超速I：當(dāng)輸送機(jī)上的載荷超過(guò)額定負(fù)載一定量時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速增加，此時(shí)應(yīng)停止向輸送機(jī)加載或減載，因?yàn)殡姍C(jī)潛在著嚴(yán)重的超速危險(xiǎn)。超速Ⅱ：當(dāng)輸送機(jī)上的載荷使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速接近于發(fā)電制動(dòng)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，說(shuō)明系統(tǒng)處于嚴(yán)重的超載工況，停止加載已無(wú)法解決，應(yīng)立即發(fā)出停車信號(hào)，此工況下對(duì)應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速叫超速Ⅱ。

五、結(jié)論

通過(guò)對(duì)下運(yùn)大傾角膠帶輸送機(jī)的應(yīng)用研究和改進(jìn)設(shè)計(jì)，現(xiàn)已成功應(yīng)用全國(guó)多個(gè)礦井。但與實(shí)際應(yīng)用的高可靠性要求存在局部不足，如防爆可控自冷盤閘制動(dòng)裝置的閘頭磨損自動(dòng)補(bǔ)償功能，飛帶捕捉裝置的沖擊較大、對(duì)膠帶全斷面捕捉功能要求等。將在今后的應(yīng)用研究中進(jìn)一步完善和提高，以促進(jìn)我國(guó)煤礦大傾角開采運(yùn)輸技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展。