煤礦用DSJ90型帶式輸送機技術(shù)改造及其應(yīng)用效果分析

劉 璐

（晉能控股煤業(yè)集團麻家梁煤業(yè)有限公司，山西 朔州 036000）

引言

隨著我國城鎮(zhèn)化進度建設(shè)的加快，對煤炭開采總量以及生產(chǎn)效率有了更進一步的要求。礦井內(nèi)所有機械設(shè)備都應(yīng)符合高效率化以及安全性的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，尤其是煤炭輸送系統(tǒng)的效率非常關(guān)鍵。作為輸送系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備——帶式輸送機承擔(dān)著運煤的重任，將煤炭從礦井內(nèi)運送至規(guī)定的地點[1]。隨著開采環(huán)境的不斷惡劣，地層條件的多變復(fù)雜性，使得帶式輸送機在作業(yè)過程中的從容性有所欠缺。由于工作面巷道的限制，帶式輸送機只能直線運輸，當(dāng)遇到需要急轉(zhuǎn)彎或連續(xù)轉(zhuǎn)彎的情況時就會變得很困難并且造成了能耗的浪費。因此，以DSJ90型帶式輸送機作為研究對象，從帶式輸送機的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計方面進行技術(shù)改造，并結(jié)合電氣設(shè)備自動化的設(shè)計，全面提升帶式輸送機對礦井的適用性，并在實際工程中發(fā)揮出良好的效果。

1 DSJ型帶式輸送機設(shè)計背景簡介

1.1 工況條件

DSJ90型帶式輸送機在某煤礦工作時，會遇到三次轉(zhuǎn)彎運輸過程，轉(zhuǎn)彎的角度分別為21°、25°、25°，三段轉(zhuǎn)彎的總長度為214 m[2]。該型號輸送機在轉(zhuǎn)彎時會對皮帶進行搭接，皮帶前后的運轉(zhuǎn)電機功率不一致，在轉(zhuǎn)載煤炭時會造成能耗的浪費。該煤礦安裝有兩臺DSJ90型帶式輸送機和一臺SGB770/80T型刮板輸送機，總體輸送長度為560 m。但是三臺輸送機均未實現(xiàn)自動化集中控制，每個輸送機由一個技術(shù)工人控制，在協(xié)同操作和信息報送方面存在滯后性，缺乏統(tǒng)一的集中控制。

1.2 設(shè)計方案總體概述

DSJ90型帶式輸送機主要由機頭、機身、機尾三個主要部分組成，可分別對三個部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行考慮[3]。一是機頭部位：DSJ90型帶式輸送機的輸出功率較大，遇到短距離大轉(zhuǎn)角輸送時，可減小電機驅(qū)動的功率，配置更小體積的減速器箱體，皮帶張緊裝置與機頭部位進行有效銜接。二是機身部位：機身部位可有效的對H架與縱梁的數(shù)目進行增減，從而達(dá)到輸送機伸長和縮短的目的。三是機尾部位：DSJ90型帶式輸送機的機尾由十個基尾架組成，保證了整體的鋼度和強度，為了縮短在轉(zhuǎn)角處的安裝距離，可以增加錨桿的方式代替機尾架的安裝，機尾架結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 DSJ90型帶式輸送機機尾部分示意圖

結(jié)合總體方案構(gòu)想及工況情況，為了使得帶式輸送機的安裝長度縮短至15 m，可改變輸送機的驅(qū)動機構(gòu)，對機頭架和張緊裝置進行優(yōu)選，同時對機尾的托輥進行重新設(shè)計。

2 帶式輸送機轉(zhuǎn)彎裝置設(shè)計

2.1 托輥組結(jié)構(gòu)設(shè)計

為了提高帶式輸送機的適應(yīng)性，首先應(yīng)對其轉(zhuǎn)彎裝置進行技術(shù)改造，能夠更好地滿足礦井內(nèi)彎轉(zhuǎn)的工作面。影響帶式輸送機轉(zhuǎn)彎運輸性能的為托輥組，通過改造托輥組并且加裝強制轉(zhuǎn)換的裝置，當(dāng)帶式輸送機在小于45°時能夠輕松實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎運輸[4]。

托輥組結(jié)構(gòu)設(shè)計主要根據(jù)轉(zhuǎn)彎半徑確定。托輥組的吊鉤、增設(shè)立棍和彈性支撐結(jié)構(gòu)也對整體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)彎通過性造成影響。可以增設(shè)立棍結(jié)構(gòu)實現(xiàn)帶式輸送機在彎曲通道的強制轉(zhuǎn)彎，由于皮帶空載時，皮帶下支撐的彈簧收縮量較小，如果縮小皮帶內(nèi)曲線夾角，可以實現(xiàn)增加離心推力的目的。利用托輥組傾角與皮帶支撐力的關(guān)系特性，將托輥組的內(nèi)曲線夾角縮小，如圖2所示。

圖2 托輥組內(nèi)曲線夾角縮小示意圖

2.2 強制轉(zhuǎn)彎裝置設(shè)計

DSJ90型帶式輸送機在面對不同的轉(zhuǎn)彎角度時，如果采用不同的托輥組，不僅將增加成本，而且對工作效率造成較大影響。通常在托輥組下部安裝方便調(diào)節(jié)的托輥支架，常用的支架造型為三角形或直立結(jié)構(gòu)[5]。前者結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較好，但是無法有效保證兩側(cè)傾斜支撐的對稱性；后者結(jié)構(gòu)簡單，但受到側(cè)向作用力時容易發(fā)生偏轉(zhuǎn)。因此將兩者結(jié)構(gòu)進行結(jié)合優(yōu)化，形成如圖3所示結(jié)構(gòu)，其中兩側(cè)結(jié)構(gòu)為立輥，上側(cè)結(jié)構(gòu)為壓輥，適用于轉(zhuǎn)彎角度大的地形條件。

圖3 托輥支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化示意圖

3 集中控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1 集中控制系統(tǒng)設(shè)計要求

帶式輸送機的技術(shù)改造不僅包括零部件設(shè)計，還將實現(xiàn)電氣自動化的集中控制功能。集中控制系統(tǒng)的信息采集將依靠布置在關(guān)鍵點位的傳感器實現(xiàn)。根據(jù)工況條件，采用PLC配合傳感器將實現(xiàn)低速打滑保護、溫度超高保護、卸煤堆積保護、粉塵煙霧保護、跑偏保護、撕裂保護、拉線急停保護等功能。同時控制系統(tǒng)的設(shè)計目的是礦井技術(shù)員控制多部輸送機，還需要具備的功能：一是對輸送機高度的集中控制；二是并且有顯示器實現(xiàn)人機交互的信息讀取；三是可擴展性較強，能夠為未來升級提供余量并且為隔爆本質(zhì)安全型設(shè)備。

3.2 集中控制系統(tǒng)總體設(shè)計方案

根據(jù)礦井工作面內(nèi)帶式輸送機的安裝位置，帶式輸送機機頭位置安裝PLC的控制器，形成多功能控制器總站與分站的連接網(wǎng)絡(luò)并且具有保護功能。但是礦井內(nèi)不僅有帶式輸送機，還有刮板輸送機，由于刮板輸送機不接入集中控制系統(tǒng)，需采用人工控制[6]。整體系統(tǒng)的通訊采用抗干擾性較強的RS-485通訊電纜，有顯示器及時報送輸送機的運行狀態(tài)。配備按鈕對帶式輸送機的關(guān)鍵動作實行操作，控制系統(tǒng)設(shè)計圖如圖4所示。

圖4 帶式輸送機集中控制系統(tǒng)設(shè)計圖

4 技術(shù)改造應(yīng)用

4.1 強制轉(zhuǎn)彎托輥組的應(yīng)用

帶式輸送機強制轉(zhuǎn)彎裝置為圖5中的結(jié)構(gòu)造型，按照設(shè)計制造出工程實物。在DSJ90型可伸縮帶式輸送機轉(zhuǎn)彎處，按要求鋪設(shè)轉(zhuǎn)彎段中間部分，將轉(zhuǎn)彎裝置按設(shè)計參數(shù)固定在轉(zhuǎn)彎處中間架的縱梁上，通過多組裝置組合使用，實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎目的，如圖5是在某礦井下使用的轉(zhuǎn)彎裝置。

圖5 強制轉(zhuǎn)彎裝置應(yīng)用圖

在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)托輥組安裝角度難把握，很難精準(zhǔn)安裝；轉(zhuǎn)角較小時，可以實現(xiàn)非強制轉(zhuǎn)彎；轉(zhuǎn)角較大時，飄帶現(xiàn)象嚴(yán)重，飄帶處需加壓輥；轉(zhuǎn)角較大時，轉(zhuǎn)彎處中間架不穩(wěn)定，須加固定約束。

4.2 集中控制系統(tǒng)的應(yīng)用

輸送機集中控制系統(tǒng)總站處可實現(xiàn)集中順序控制、集中單獨控制和就地控制三種工作模式，控制模式切換依靠操作箱完成，分站處可實現(xiàn)檢修模式。操作人員可以通過顯示屏直觀獲悉帶式輸送機檢修、運行狀態(tài)。

5 技術(shù)改造應(yīng)用效果

為了提高帶式輸送機的運輸效率和整體結(jié)構(gòu)對于煤炭開采環(huán)境的適應(yīng)性，對帶式輸送機進行了技術(shù)改造研究。一是設(shè)計加工帶式輸送機強制轉(zhuǎn)彎裝置，成本低廉。裝置節(jié)省安裝工時，同時減少一部或多部帶式輸送機入井，降低電能損耗、節(jié)省維護費用；二是輸送機集中控制系統(tǒng)自使用以來，每年每套設(shè)備平均可節(jié)約人工4 000人以上。研究成果為煤礦行業(yè)對開采機械設(shè)備的技術(shù)改造提供了改進思路。