虞燕鋒

（西山煤電西曲礦， 山西 古交 030200）

引言

作為煤礦井下主要的運(yùn)輸設(shè)備，皮帶運(yùn)輸機(jī)在原煤的運(yùn)輸過程中起著非常重要的作用，所以其安全穩(wěn)定運(yùn)行是煤礦安全高效生產(chǎn)的保障。由于煤礦井下情況復(fù)雜，環(huán)境惡劣，皮帶運(yùn)輸機(jī)在使用過程中經(jīng)常會發(fā)生各種各樣的問題，因此對皮帶進(jìn)行全方位的維護(hù)和系統(tǒng)優(yōu)化可有效減少和防止事故的出現(xiàn)。

1 皮帶跑偏的原因與后果

皮帶跑偏指的是皮帶在運(yùn)行過程中出現(xiàn)偏離運(yùn)輸機(jī)中心線的現(xiàn)象，產(chǎn)生這種情況的主要原因是輸送機(jī)機(jī)架的安裝和架設(shè)不合規(guī)范、上部運(yùn)輸物料堆積不均衡、皮帶運(yùn)行過程不合理、皮帶及機(jī)架不匹配等。其本質(zhì)原因是因為皮帶在運(yùn)行過程中受力不均衡導(dǎo)致上方向受力較大的部位偏移。

皮帶跑偏會對煤礦生產(chǎn)過程造成巨大的危害，例如：一是使上方運(yùn)輸物造成翻轉(zhuǎn)掉落，可能產(chǎn)生摩擦起電發(fā)火等事故，嚴(yán)重時還會造成人員傷亡；二是皮帶跑偏后由于未按正常軌道運(yùn)行，其跑偏部位就會出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，導(dǎo)致強(qiáng)度嚴(yán)重降低，繼而出現(xiàn)斷帶等情況，產(chǎn)生巨大事故；三是跑偏后造成物料灑落，形成大量落煤，加大了工人的工作量和工作難度，而且此時皮帶驅(qū)動處受力不均勻，加大了設(shè)備的負(fù)荷，從而對其使用壽命產(chǎn)生很大影響[1]。

2 傳統(tǒng)糾偏裝置

為了防止皮帶運(yùn)輸機(jī)出現(xiàn)皮帶跑偏等現(xiàn)象，皮帶機(jī)在其設(shè)計之初就安裝有糾偏裝置。當(dāng)前常用的糾偏系統(tǒng)主要有電動推桿式、液壓驅(qū)動式及機(jī)械回轉(zhuǎn)式這三種[2]。電動推桿式系統(tǒng)需要電機(jī)或皮帶運(yùn)行動力作為驅(qū)動動力源，其結(jié)構(gòu)冗雜龐大，在井下復(fù)雜環(huán)境中很難有效使用，而且電控式需要額外增加電機(jī)等的防爆功能，大大增加了投入成本；液壓驅(qū)動式利用皮帶運(yùn)行產(chǎn)生動力，優(yōu)化了機(jī)電部分結(jié)構(gòu)，但其設(shè)備造價很高，只在部分煤礦中進(jìn)行了配備和應(yīng)用；機(jī)械回轉(zhuǎn)式的原理是當(dāng)皮帶發(fā)生跑偏現(xiàn)象時，其回轉(zhuǎn)托輥機(jī)架會根據(jù)皮帶偏轉(zhuǎn)的位置進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)，從而糾正跑偏位置皮帶。此裝置結(jié)構(gòu)較為簡單，但其穩(wěn)定性很差。在目前的使用過程中發(fā)現(xiàn)其糾偏效果很一般，常不能有效將皮帶糾正回正確的位置，此外，當(dāng)皮帶跑偏嚴(yán)重時，因為其糾偏效果很差，反而會影響皮帶運(yùn)行的穩(wěn)定性。因此，亟需設(shè)計出一種結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用效果穩(wěn)定優(yōu)良的皮帶糾偏系統(tǒng)裝置。

3 氣動糾偏裝置

根據(jù)《國家煤礦安全規(guī)程》要求，我國煤礦必須建立壓風(fēng)自救系統(tǒng)，且在間隔不超過200 m處必須安裝氣管接口。本文設(shè)計以井下常用的壓風(fēng)管路系統(tǒng)作為動力，提供糾偏裝置的正常運(yùn)行。本系統(tǒng)在運(yùn)行時僅需在井下靜壓風(fēng)管上接口處裝設(shè)三通閥門引出氣源，既保障了井下壓風(fēng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，又提供了皮帶糾偏系統(tǒng)的動力源。系統(tǒng)在運(yùn)行過程中當(dāng)皮帶出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象時，氣動控制閥開啟，壓力氣驅(qū)動氣缸從而使皮帶歸位。本啟動糾偏裝置不需額外動力輸入，不使用電氣設(shè)備控制，結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定，可實現(xiàn)自動糾偏功能，適用于煤礦井下的復(fù)雜環(huán)境，具有廣泛的推廣意義。

3.1 氣動糾偏工作原理

在氣動糾偏系統(tǒng)中托輥架和傳送皮帶架通過轉(zhuǎn)軸連接，當(dāng)皮帶運(yùn)行出現(xiàn)偏移時氣缸運(yùn)行推動轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)從而進(jìn)行糾偏。如下頁圖1所示，在皮帶正常運(yùn)行時，立輥和托輥架處于平衡的初始位置，在這種情況下，皮帶在皮帶架的中間位置運(yùn)行，不會觸碰到立輥。

當(dāng)皮帶出現(xiàn)跑偏時，皮帶與立輥接觸，皮帶推動立輥使立輥角度發(fā)生變化從而使立輥架的角度也隨之變化，此時立輥架和換向閥的位置出現(xiàn)偏移，使換向閥被驅(qū)動開啟，井下壓風(fēng)管路中風(fēng)流經(jīng)過換向閥流入氣缸中，氣缸中活塞開始伸縮變化繼而回轉(zhuǎn)機(jī)架角度開始旋轉(zhuǎn)變化使運(yùn)動跑偏的皮帶不斷調(diào)整角度回到初始狀態(tài)，如圖2所示?；剞D(zhuǎn)機(jī)架回復(fù)旋轉(zhuǎn)的作用就是使皮帶調(diào)整回初始位置，當(dāng)跑偏皮帶位置被糾正后，立輥重新回到初始位置，換向閥也回復(fù)到原來的狀態(tài)，此時氣缸運(yùn)動結(jié)束，回轉(zhuǎn)機(jī)架停止旋轉(zhuǎn)。

圖1 皮帶正常運(yùn)行示意圖

本系統(tǒng)設(shè)計是根據(jù)設(shè)定的立輥旋轉(zhuǎn)角度對皮帶跑偏狀態(tài)進(jìn)行確定，同時也根據(jù)立輥的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行開啟或關(guān)閉換向閥，進(jìn)而對氣缸活塞運(yùn)動的位移量進(jìn)行調(diào)整，驅(qū)動回轉(zhuǎn)托輥架進(jìn)行旋轉(zhuǎn)從而實現(xiàn)對皮帶的糾偏。氣動糾偏結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 皮帶跑偏示意圖

圖3 氣動糾偏結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 糾偏裝置氣動結(jié)構(gòu)設(shè)計

氣動糾偏系統(tǒng)裝置是與立輥聯(lián)結(jié)配合作用來實現(xiàn)皮帶的糾偏。正常煤礦井下常用的壓風(fēng)系統(tǒng)氣壓一般為0.4～0.8 MPa，其驅(qū)動力完全可以驅(qū)動糾偏系統(tǒng)運(yùn)行。對于部分地質(zhì)條件和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，或風(fēng)壓不穩(wěn)定、波動變化大的煤礦則需要裝設(shè)增壓閥或穩(wěn)壓閥來保障整個糾偏系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行要求。由于壓風(fēng)管路系統(tǒng)較為復(fù)雜且傳輸距離遠(yuǎn)，其中風(fēng)流由地面輸送至井下，而煤礦環(huán)境中煤塵等雜質(zhì)較多，故在壓風(fēng)管路與糾偏系統(tǒng)連接處的三通閥后需裝設(shè)氣體過濾器，且濾芯需保證每個月進(jìn)行固定的維護(hù)和更換，以保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行，延長其使用壽命。此外，考慮到意外情況的發(fā)生，在糾偏系統(tǒng)風(fēng)壓管路上裝設(shè)自動泄壓閥，將泄壓閥的臨界壓力值設(shè)置為1.2 MPa，如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障或發(fā)生意外事件使壓力達(dá)到1.2 MPa以上時，泄壓閥自動開啟，氣體從泄壓閥排出實現(xiàn)降壓功能。在泄壓閥的氣體出口處連接設(shè)置警報鈴，當(dāng)出現(xiàn)事故時，警報鈴響起，工人可及時發(fā)現(xiàn)并處理。泄壓閥自動泄壓后其進(jìn)風(fēng)管路壓力驟減，系統(tǒng)自動停止運(yùn)行，避免了事故的發(fā)生。當(dāng)跑偏皮帶糾正完成后，立輥恢復(fù)到正常運(yùn)行位置，立輥架和換向閥亦復(fù)位，此時進(jìn)氣管路中的氣缸中壓力和風(fēng)管中氣體壓力相同，但排氣管處氣缸中已無壓力，這就使換向閥處于初始關(guān)閉位置，氣缸中活塞由于兩側(cè)壓力不同而仍會出現(xiàn)伸縮運(yùn)動，導(dǎo)致已糾正的皮帶再次出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象。針對此現(xiàn)象，為防止換向閥處于關(guān)閉位置時，氣缸中因壓力不平衡而再次運(yùn)動，加裝了止回閥。止回閥的壓力預(yù)設(shè)根據(jù)氣缸的參數(shù)和井下實際的壓風(fēng)系統(tǒng)壓力來確定，從而實現(xiàn)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行[3-4]。氣動系統(tǒng)的工作原理如圖4所示。

圖4 氣動系統(tǒng)工作原理圖

4 結(jié)論

本井下氣動皮帶糾偏系統(tǒng)裝置是以井下常用的壓風(fēng)管路中壓力風(fēng)流作為原動力，無需考慮防爆要求。該裝置通過皮帶運(yùn)行與立輥的相對位置來進(jìn)行跑偏判斷，從而經(jīng)過風(fēng)壓驅(qū)動氣缸運(yùn)行對跑偏處皮帶進(jìn)行自動糾偏。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。試運(yùn)行后運(yùn)行穩(wěn)定，效果良好，大大減少了運(yùn)輸事故的發(fā)生，適用于我國各建立了壓風(fēng)系統(tǒng)且風(fēng)壓穩(wěn)定大于0.4 MPa的礦井，具有良好的推廣意義。