礦用帶式輸送機跑偏機理及糾偏裝置設計應用

楊 濱

(晉能控股煤業集團 雁崖煤業大同有限公司，山西 大同 037031)

1 問題的提出

晉能控股煤業集團雁崖煤業大同有限公司5301巷為三盤區北部，巷道東西走向布置，巷道東部為三盤區大巷，南部為三盤區輔運平硐，西部為實煤區，北部為2302巷。

5301巷設計長度為1 215 m，巷道設計斷面規格(寬×高)為4.2 m×3.5 m，巷道從三盤區輔運巷開口沿山西組4#煤層底板進行掘進，4#煤層平均厚度為3.5 m，平均傾角為3°，屬石炭系煤層，穩定性差，結構復雜。5301巷采用綜合機械化掘進工藝，巷道采用ZBZ260型掘進機掘進，采用SSJ-800型帶式輸送機進行煤矸運輸，巷道每部輸送機設計安裝長度為650 m，巷道掘進期間共計安裝兩部輸送機，截止2020年2月19日5301巷已掘進470 m。

5301巷安裝的SSJ-800型帶式輸送機主要由電機、減速機、驅動滾筒、轉向滾筒、輸送帶、機頭架、H架、重梁、上下托輥、尾滾筒、清帶器和各類保護裝置等組成，輸送機采用雙電機驅動方式，每部電機功率為40 kW，輸送機最大運輸能力為1 500 t/h。由于受帶式輸送機安裝質量、輸送機操作維護水平等限制，5301巷在前期掘進過程中帶式輸送機經常出現跑偏現象，因跑偏導致斷帶事故9起、電機燒毀1起、電機軸承損壞事故3起，嚴重制約著巷道安全高效掘進。

2 帶式輸送機受力特性及跑偏機理分析

2.1 帶式輸送機受力特性分析

帶式輸送機主要利用驅動滾筒、轉向滾筒、尾滾筒以及托輥對輸送帶產生摩擦動力，驅使輸送帶運轉，輸送機穩定運轉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，輸送帶在運輸物料時沿中心線方向受力均勻，如圖1(a)所示。一旦輸送帶出現跑偏時，不僅輸送帶位置發生位移，輸送帶中心線與滾筒軸線出現偏角，而且輸送帶在運輸方向受力不均，如圖1(b)所示，輸送帶受力不均后在輸送帶徑向產生一個分力，從而加劇輸送機跑偏，很容易造成輸送帶斷帶現象。

圖1 輸送機正常與跑偏時輸送帶拉應力分布圖

2.2 輸送機跑偏機理

通過對5301巷掘進期間帶式輸送機的觀察發現，帶式輸送機出現跑偏主要有以下幾方面原因：

(1) 輸送機安裝質量不合格。為了保證帶式輸送機安裝質量，輸送機安裝前必須由地測科現場給定輸送機安裝中線，保證輸送機安裝后滾筒軸線與輸送帶中心線垂直。但是5301巷在掘進過程中底板不平整且巷道存在坡度，輸送機安裝未嚴格按照技術要求進行安裝，導致輸送機安裝后卸載滾筒與尾滾筒軸線不平行，輸送帶在運輸方向受力不均，導致輸送帶跑偏。

(2) 卸載物料沖擊作用。5301巷采用掘進機掘進，掘進機尾部安裝一部轉載輸送機，轉載輸送機電動卸載滾筒與SSJ-800型帶式輸送機尾部搭接聯合出煤，由于輸送機掘進時轉載輸送運煤量大，轉載輸送機在卸載煤矸時對下輸送機產生沖擊力，從而造成輸送機運轉失穩，導致輸送機跑偏。

(3) 防跑偏效果差。5301巷SSJ-800型帶式輸送機主要安裝防跑偏托輥對輸送機跑偏進行控制，防跑偏托輥安裝在輸送帶兩側，當輸送帶出現跑偏時，輸送帶與跑偏托輥接觸防止輸送帶進一步跑偏，但是傳統防跑偏托輥只能對跑偏量超過0.3 m以上的輸送帶進行控制，控制精準度低，防跑偏效果差。

3 智能電控防跑偏裝置設計應用

3.1 裝置結構

為了保證5301巷帶式輸送機穩定運行，減少輸送機跑偏現象，通過技術研究設計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裝置和皮帶糾偏裝置兩部分組成。

(1) 皮帶防跑偏檢測裝置：該裝置主要由立輥、軸承、傳動齒輪、從動齒輪、長軸、復位彈簧和角度傳感器等部分組成，如圖2(a)所示。每組防跑偏檢測裝置共計兩個立輥，立輥外層為橡膠材質，立輥長度為0.6 m，直徑為0.15 m，立輥安裝在輸送帶兩側，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：該裝置由調偏托輥、側托輥架、托輥調高架、支撐架、蝸輪蝸桿、PLC、電機等部分組成，如圖2(b)所示。每組調偏托輥主要由兩個錐形側托輥和一個中心托輥組成，托輥調高架可根據輸送帶跑偏量對側托輥高度進行調整，調高行程為0.3 m～0.6 m；電機為變頻電機，電機功率為1.2 kW，電機分別與PLC以及蝸輪蝸桿裝置連接。

圖2 帶式輸送機智能電控防跑偏裝置結構示意圖

3.2 裝置工作原理

3.2.1 皮帶防跑偏檢測裝置工作原理

帶式輸送機在運行過程中出現輸送帶跑偏時，輸送帶對立輥進行擠壓，致使立輥旋轉，輸送帶跑偏量與立輥旋轉成正比例對應關系，立輥旋轉后通過軸承、主動齒輪、從動齒輪帶動長軸旋轉，使得角度傳感器內的滑動變阻器發生位移，從而改變滑動變阻器的電阻值，電位器及時對變阻器電阻值進行計算測量，確定立輥旋轉量，并將數值通過集控器傳送至PLC內。當輸送帶跑偏控制復位后，通過安裝在長軸的復位彈簧可將立輥進行復位。

3.2.2 皮帶糾偏裝置工作原理

PLC接收數據信號后及時進行處理，并對糾偏裝置中的變頻電機發出指令動作，電機接收指令后帶動蝸輪蝸桿進行左右擺動，擺動幅度根據檢測皮帶跑偏量確定，當輸送帶向右側跑偏時，電機帶動蝸輪蝸桿將右側錐形托輥向上擺動，控制皮帶跑偏，當輸送帶向左側跑偏時控制原理相同。

3.3 裝置結構優點

(1) 裝置成本費用低：智能電控防跑偏裝置結構相對簡單，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，故障率低，可根據輸送機運輸量、運輸長度確定裝置安裝距離。

(2) 自動化水平高：傳統防跑偏托輥主要通過對跑偏輸送帶產生擠壓作用防止輸送帶繼續跑偏，但是無法達到輸送機跑偏復位的狀態；而智能電控防跑偏裝置根據輸送帶跑偏量對輸送帶進行防跑偏控制，直至輸送帶復位，全程通過控制器控制作用，自動化水平高，防跑偏效果好，防跑偏控制精度高。

(3) 實用性強：該裝置在安裝時不受運輸條件、輸送機安裝質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，而且還可用于化工、隧道等領域，實用性強、應用區域廣。

4 結束語

5301巷掘進至500 m處時對帶式輸送機安裝了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巷已掘進到位。通過4個月現場應用觀察發現，5301巷帶式輸送機安裝智能電控防跑偏裝置后有效控制了輸送機跑偏現象，巷道在后期掘進過程中因輸送機跑偏導致斷帶事故發生2起，輸送帶跑偏導致電機軸承損壞1起，相比巷道掘進前期因輸送帶跑偏導致輸送機事故率降低了80%，預計可降低帶式輸送機維修費用達41.8萬元，有效地保證了巷道安全穩定運輸，取得了顯著應用成效。