礦用皮帶輸送機(jī)糾偏裝置的分析研究

李 林

（山西晉煤集團(tuán)陽(yáng)城晉圣誠(chéng)南煤業(yè)有限公司， 山西 晉城 048006）

引言

皮帶輸送機(jī)憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在煤礦生產(chǎn)運(yùn)輸過(guò)程中得以廣泛運(yùn)用。一般而言，皮帶輸送機(jī)功耗較低、運(yùn)行可靠、可輸送的里程較遠(yuǎn)，然而在煤礦生產(chǎn)運(yùn)輸過(guò)程中，由于受力不均或者輸送距離較遠(yuǎn)等因素的影響，整體降低了皮帶輸送機(jī)的使用壽命，比如皮帶輸送機(jī)在運(yùn)作過(guò)程中可能會(huì)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(jī)監(jiān)測(cè)裝置的糾偏裝置。

1 皮帶發(fā)生跑偏的分析

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

2）皮帶輸送機(jī)重載情形下：皮帶輸送機(jī)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(jī)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(jī)沒(méi)有存在跑偏，則F2=F2'；如果皮帶輸送機(jī)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(jī)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(duì)皮帶輸送機(jī)空載和重載的理論研究分析，合理探究皮帶輸送機(jī)跑偏監(jiān)測(cè)和糾偏裝置可以有效解決皮帶輸送機(jī)在重物的一些情形作用下發(fā)生跑偏故障問(wèn)題，能夠提高煤礦生產(chǎn)運(yùn)輸效率，減少甚至于規(guī)避跑偏故障維修處理的過(guò)程[3]。

圖1 皮帶輸送機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖

圖2 皮帶輸送機(jī)重載受力示意圖

2 皮帶輸送機(jī)糾偏裝置的研究

在保證皮帶輸送機(jī)良好糾偏效果的前提中，糾偏裝置應(yīng)符合整體運(yùn)行過(guò)程中嚴(yán)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(jiǎn)便、具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，對(duì)信息能夠準(zhǔn)確測(cè)量，具有穩(wěn)定的通訊并不允許有監(jiān)測(cè)盲區(qū)[4]。

2.1 皮帶輸送機(jī)跑偏監(jiān)測(cè)裝置

皮帶輸送機(jī)跑偏監(jiān)測(cè)裝置的作用原理：在皮帶運(yùn)作過(guò)程中監(jiān)測(cè)其跑偏情況，首先設(shè)定系統(tǒng)閾值，當(dāng)皮帶輸送機(jī)的偏移程度大于該閾值時(shí)，監(jiān)測(cè)裝置將會(huì)發(fā)送信號(hào)到控制器，進(jìn)而糾正偏移。當(dāng)皮帶輸送機(jī)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(jī)構(gòu)和托輥軸線的中心線不貼合偏離前行中心且達(dá)到一定的偏移值時(shí)，會(huì)使得皮帶機(jī)輸送帶和旁邊的機(jī)架摩擦磨損，煤礦灑落，因此，皮帶輸送機(jī)跑偏監(jiān)測(cè)的裝置十分有必要。

皮帶輸送機(jī)跑偏監(jiān)測(cè)裝置的安裝與作用方式：皮帶輸送機(jī)跑偏監(jiān)測(cè)裝置安裝在皮帶機(jī)的兩邊。假設(shè)產(chǎn)生偏移，皮帶會(huì)接觸監(jiān)測(cè)裝置中的立輥進(jìn)而帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)動(dòng)力的作用下自動(dòng)打開(kāi)監(jiān)測(cè)裝置中發(fā)射跑偏信號(hào)的開(kāi)關(guān)。其中，煤礦偏移與皮帶沖擊立輥的時(shí)候，立輥會(huì)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(jìn)而人工或通過(guò)彈簧幫助復(fù)位。再者，皮帶輸送機(jī)跑偏監(jiān)測(cè)裝置的作用方式是分級(jí)監(jiān)測(cè)，即根據(jù)立輥的偏轉(zhuǎn)角度大小發(fā)射不同級(jí)別的故障信號(hào)，進(jìn)而產(chǎn)生不同的應(yīng)對(duì)方式。當(dāng)皮帶輸送機(jī)跑偏監(jiān)測(cè)裝置發(fā)射一級(jí)跑偏信號(hào)（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(dòng)復(fù)位前提下，立輥?zhàn)饔昧Φ脑O(shè)置越小越好（20～60 N）；當(dāng)發(fā)射二級(jí)跑偏信號(hào)（立輥的偏轉(zhuǎn)角度≥30°），則需要停機(jī)進(jìn)行檢修。皮帶輸送機(jī)跑偏監(jiān)測(cè)裝置圖示詳見(jiàn)圖3。

2.2 皮帶輸送機(jī)糾偏執(zhí)行裝置

皮帶輸送機(jī)糾偏裝置在煤礦運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生皮帶偏移且無(wú)法停機(jī)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(dòng)滾筒與皮帶對(duì)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(jì)是基于最后一種措施來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶的糾偏。

圖3 皮帶輸送機(jī)跑偏檢測(cè)裝置示意圖

皮帶輸送機(jī)糾偏裝置的作用原理與布置操作：首先，皮帶機(jī)糾偏裝置的結(jié)構(gòu)如圖4所示。皮帶輸送機(jī)糾偏裝置通過(guò)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(jī)實(shí)行長(zhǎng)距離運(yùn)輸時(shí)，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(jī)尾部和頭部加置前傾托輥組；在短距離運(yùn)輸時(shí)，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(huì)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(shí)，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(jī)糾偏裝置的結(jié)構(gòu)

3 皮帶輸送機(jī)糾偏裝置的運(yùn)行流程

皮帶輸送機(jī)糾偏裝置運(yùn)行流程的設(shè)計(jì)見(jiàn)圖5。糾偏裝置中監(jiān)測(cè)信號(hào)的處置由對(duì)應(yīng)控制電路和PLC構(gòu)成的控制器負(fù)責(zé)，并由其把控調(diào)心托輥組偏轉(zhuǎn)的角度。具體運(yùn)行流程如圖5所示，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，啟動(dòng)皮帶機(jī)，進(jìn)而運(yùn)行檢測(cè)子程序。如果檢測(cè)結(jié)果顯示立輥偏轉(zhuǎn)角度＞30°時(shí)，則立即報(bào)警，切斷電源使皮帶機(jī)進(jìn)行停機(jī)維修；當(dāng)立輥偏轉(zhuǎn)角度＞15°且≤30°時(shí)，糾偏裝置立即啟動(dòng)，進(jìn)而由PLC控制器基于偏轉(zhuǎn)的角度計(jì)算出調(diào)整調(diào)心托輥組的角度進(jìn)行皮帶糾正。

圖5 糾偏裝置軟件流程圖設(shè)計(jì)

4 結(jié)論

通過(guò)監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)皮帶輸送機(jī)中皮帶的偏移程度，并通過(guò)糾偏執(zhí)行裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)糾偏或者斷電安全人工糾偏的自動(dòng)化效果，可有效地提高煤礦生產(chǎn)運(yùn)輸過(guò)程中由于皮帶機(jī)偏移帶來(lái)的大量時(shí)間消耗和人工消耗成本，使生產(chǎn)運(yùn)輸效率最大化。