井下皮帶機跑偏原因分析及糾偏方法探討

許 峰

（山西焦煤西山煤電東曲煤礦， 山西 古交 030200）

引言

井下皮帶運輸機是井下生產運輸過程中不可或缺的設備，其運行的安全和效率直接關系到礦井井下生產效率。井下作業環境惡劣而復雜，皮帶機在長時間運行中必然會出現各類故障，其中皮帶機跑偏是較為常見的故障形式。皮帶機跑偏后，皮膠帶在摩擦力的作用下會引發工作系統故障被迫停機，還會因皮帶脫落而使與之直接接觸的生產設備出現非正常損壞，翻卷物料，誘發安全隱患，十分不利于井下機械設備及人員安全。

1 皮帶機跑偏原因

井下皮帶機為井下連續運輸設備，其中皮膠帶是皮帶機部件中最常用、最重要、最基礎的承載結構和牽引結構，其在皮帶機運行過程中主要借助其自帶滾筒、托輥與皮膠帶產生摩擦，以帶動皮膠帶運動，達到物料承載及運輸的目的。皮帶機跑偏即指井下運輸過程中皮帶機輸送膠帶偏離皮帶機中心線的現象[1]。從力學角度考察井下皮帶機運行原理發現，引發其輸送皮膠帶跑偏的主要原因在于皮帶兩側驅動力運行時間過長后，在大小不一的摩擦力的作用下皮膠帶必然發生跑偏。這一過程中滾筒、托輥等均會對皮膠帶施加側向力，托輥組上位處向右移動，下位處向左移動，使皮帶機運行向跑偏，具體見圖1。將造成井下皮帶機跑偏的原因歸納如下：

圖1 皮帶機跑偏故障原理

1）皮帶機張緊裝置安裝不當或老化。皮帶機張緊裝置安裝不當會使輸送帶兩側張力和摩擦力不對稱，必然引發皮帶機跑偏。此外，若皮帶機使用時間過長，包括張緊裝置在內的部件便會老化，在未及時更換和維修的情況下，也會造成皮帶機跑偏。

2）皮帶機輸送帶給料不均勻。皮帶機輸送帶上物料必須按照規范正確擺放，若物品擺放不正確，必將造成皮膠帶上受力不均，引發皮帶機跑偏，在井下皮帶機運行過程中因該原因而造成的皮帶機跑偏故障十分常見。與此同時，礦料下落位置及方向不正確或落料點不對中會使托輥、滾筒兩側壓力不均、摩擦力不平衡，進而引發皮帶機跑偏。

3）輸送帶接頭連接不良。皮帶機輸送帶接頭在長期使用、制造工藝不良、人為原因等的影響下毛躁、傾斜，致使皮膠帶兩側張緊力不一致，皮帶機在運行過程中會向張緊力較大的一側偏斜。皮帶機使用年限過長后機械零部件磨合程度均下降，且皮膠帶老化松弛，甚至發生永久變形，內部應力分布不均，引發皮帶機跑偏。

4）皮膠帶兩端張力不平衡。井下皮帶機運送物料過程中，皮膠帶是發揮承載和輸送作用的關鍵部件，皮膠帶質量及張緊力平衡程度是影響皮帶機順利運行的關鍵，若皮膠帶質量不良、過度磨損老化，必然影響其內部應力分布的均勻性和兩端受力的均衡性，造成皮帶機不同程度的跑偏。

5）托輥、滾筒黏料或安裝位置不正。井下皮帶機所運送的物料具有一定黏性，在皮帶機運行一段時間后托輥、滾筒上因黏結物料而使其筒徑局部增大，引發皮膠帶兩側張緊力不均勻、皮帶機跑偏。此外，若托輥、滾筒安裝位置和輸送機中心線垂直度存在較大誤差，則托輥和滾筒處跑偏最為嚴重，承載段和回程段往前會有不同程度的減輕。

2 皮帶機輸送帶跑偏規律

1）偏大不偏小。當皮帶機滾筒與托輥不適應，且皮帶機兩側直徑大小不同時，皮帶機輸送帶運行時便會向直徑較大側偏移。

2）偏高不偏低。皮帶機輸送帶支承裝置在摩擦力和物料壓力的作用下，會造成輸送帶向較高側傾斜、跑偏，引發故障。

3）偏后不偏前。皮帶機輸送帶沿摩擦力反方向運行，故輸送帶運行方向和托輥、滾筒方向不一致，一旦托輥、滾筒偏離運行向垂直截面，則輸送帶便會向托輥、滾筒后側跑偏。

4）偏緊不偏松。隨著皮帶機使用年限的延長及其承載物料重量的增大，皮帶長期處于疲勞緊張狀態，輸送帶兩側松緊程度也會不一致，運行中很容易向較緊側跑偏[2]。

3 皮帶機糾偏方法

3.1 常規糾偏方式

井下皮帶機常用的糾偏方式主要有液壓驅動、電動推桿、機械回轉等。其中液壓驅動糾偏裝置充分利用皮帶機在運行過程中產生的動力，使糾偏裝置組件結構極大簡化，但是造價高，對于礦井井下生產不具有普適性；電動推桿糾偏裝置則以皮帶運行動力或電機為驅動源，結構復雜，在復雜多變的井下運行環境中工效難以充分發揮，還需要配備防爆電機，運行成本高；機械回轉糾偏裝置在皮帶機跑偏后其回轉托輥機會沿皮帶跑偏方向旋轉，以發揮糾偏作用，結構簡單，但是性能缺乏穩定性。

3.2 氣動糾偏

為確保井下生產過程的安全和順利，根據相關規程，井下煤巷必須配備壓風自救系統，并按照200 m間隔增設氣管接口。為此，本研究認為，井下皮帶機糾偏系統可以以壓風管路系統為動力源，這種皮帶機糾偏系統在運行過程中只需要將三通閥門連接在井下靜壓風管上接口處，在井下壓風系統工作的過程中便能為皮帶糾偏系統提供源源不斷的驅動力。如遇皮帶機跑偏，氣動控制閥同時開啟，氣缸在壓力氣的驅動下促使皮膠帶迅速歸位。皮帶機糾偏裝置啟動過程中不需要輸入額外動力，故無須另外配置氣動裝置，可大大簡化裝置結構，提升運行的便利性。

在這種氣動糾偏設計下，傳送皮帶架和托輥架主要利用轉軸連接，當皮帶機正常運行時，托輥架和立輥均處于初始位置，皮膠帶運行于皮帶架中間區域，不與立輥接觸。一旦皮帶機跑偏，皮膠帶會接觸立輥，立輥和立輥架角度隨之改變，立輥架與換向閥發生偏移，換向閥因驅動而開啟，煤巷內壓風管中的風流經由換向閥后流進氣缸，氣缸活塞運動，回轉機架角度因旋轉而改變，進而調整皮帶機，直至其恢復初始狀態[3]。

通過對氣動糾偏裝置作用原理的分析可以看出，該系統主要利用回轉機架角度調整的過程使皮帶機重新回歸初始位置，并通過立輥旋轉角度的改變對換向閥啟閉程度進行調節，進而調整氣缸活塞運動的位移量，達到驅動托輥架及皮帶機糾偏的目的。只要皮帶機跑偏得到糾正，立輥與換向閥便會恢復至初始狀態，氣缸運動結束，回轉機架也停止旋轉。該井下皮帶機氣動糾偏裝置結構簡圖詳見圖2。

圖2 井下皮帶機氣動糾偏裝置結構簡圖

4 結語

常規的皮帶機糾偏裝置普遍存在對井下復雜運行環境適應性差、成本投入高等弊端，本研究所提出的氣動糾偏裝置主要以井下壓風管路壓力風流為動力源，使糾偏系統動力組件結構大大簡化，對井下作業環境的適應性更強，操作便捷，糾偏工效更高，可為井下皮帶機安全、順利、高效運行提供保證。