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        井下氣動皮帶糾偏裝置設(shè)計

        2018-11-28 08:40:56虞燕鋒
        機(jī)械管理開發(fā) 2018年11期
        關(guān)鍵詞:系統(tǒng)

        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。

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