王 超

（大同煤礦集團大同地方煤炭有限責任公司，山西 大同 037000）

帶式輸送機的工作原理主要是通過摩擦驅(qū)動帶動物料連續(xù)運作，其運輸能力較強，便于維護，適應傾斜以及平直線路的運輸。姜家灣礦從工作面運輸巷至井底車場，均朝高效連續(xù)帶式輸送機運輸方向發(fā)展，但是輸送帶在運輸過程中經(jīng)常出現(xiàn)斷帶情況。若發(fā)生斷帶事故，運輸帶上的煤炭就會加速下滑，導致灑煤、堆煤等情況的發(fā)生，嚴重時威脅人員安全，給安全生產(chǎn)帶來諸多不利。

1 斷帶原因分析

在姜家灣礦生產(chǎn)運輸過程中，輸送機斷帶的原因大致分為以下幾種：

（1）輸送帶質(zhì)量問題。姜家灣輸送帶長時間處于超負荷狀態(tài)或交變載荷狀態(tài)，另外日常維護不及時，造成斷帶事故時有發(fā)生。

（2）輸送帶接頭問題。姜家灣輸送機接頭采用機械接頭，由于此種接頭適用于運輸距離短的情況，加之經(jīng)常拆移等工作環(huán)節(jié)，造成服務年限短，因此使用不當也會造成斷帶事故發(fā)生。

（3）受力不均。運輸帶在運輸時，經(jīng)常由于超負荷運輸和空載，造成受力不均導致輸送帶跑偏。

（4）運輸中突然出現(xiàn)卡帶或者滿載啟動和停車導致膠帶張力過大。大塊矸石突然混在運輸?shù)拿禾恐?，引起運輸載荷突然增大。

造成輸送帶斷帶的因素較多，為了保證輸送帶正常運行，根據(jù)姜家灣礦運輸條件，對帶式輸送機進行改裝并應用。

2 帶式輸送機改裝

2.1 帶式輸送機斷帶保護裝置改進

帶式輸送機斷帶保護裝置的改裝主要是依據(jù)輸送帶動力學模型以及斷帶抓捕過程力學分析數(shù)學模型，從而得出斷帶形成機理，通過設計斷帶監(jiān)測以及斷帶抓捕制動系統(tǒng)，實現(xiàn)斷帶信號的實時監(jiān)測。

帶式輸送機輸送帶發(fā)生斷裂時，物料和輸送帶在重力與張力作用下發(fā)生下滑，造成嚴重事故，為了防止事故進一步擴大，需要在第一時間內(nèi)對斷帶事故進行有效抓捕。斷帶前承受的巨大張力在斷帶后并非表現(xiàn)為簡單的重力下滑現(xiàn)象，而是伴隨極速回彈，因此斷帶抓捕器必須依據(jù)輸送帶動力學特征而設置進行抓捕，才能實現(xiàn)對輸送帶斷裂情況的準確分析并抓捕。斷帶保護裝置設計如圖1 所示。

圖1 斷帶保護裝置

輸送帶在傾斜運輸過程中，由于不同位置所受動張力的不同加之輸送帶本身具有黏彈性，使得斷帶位置有所不同。因此，只有通過分析輸送帶傳輸?shù)牧W特征，才能對斷帶情況實施有效的抓捕。抓捕器要實施可靠的抓捕，面臨諸多難題，例如，位置布置以及數(shù)量多少、抓捕力大小等都是亟需解決的問題。

斷帶抓捕過程中，對輸送帶的夾持與制動主要依靠摩擦力，制動力的大小與輸送帶及物料的質(zhì)量和下滑速度有關，因此通過對輸送機斷帶抓捕進行詳細的受力分析是斷帶抓捕器設計的重要依據(jù)。

2.2 斷帶時所需克服阻力

克服摩擦力所需載荷計算：

輸送帶總質(zhì)量：

式中：

V1-輸送帶體積，m3；

l1-輸送帶長度，m，（以姜家灣礦主運皮帶實際長度為例）；

b1-輸送帶寬度，m；

h1-輸送帶厚度，m；

ρ1-輸送帶密度，kg/m3。

裝載煤的總質(zhì)量：

式中：

V2-裝載煤體積，m3；

l2-裝載煤長度，m；

b2-裝載煤寬度，m；

h2-裝載煤高度，m；

ρ2-裝載煤密度，kg/m3。

斷帶產(chǎn)生下滑力：

F=（m1m2）sinθ=（6+187.2）sin15°=50t （3）

式中：

θ-輸送帶傾斜角度，°。

由上述計算可知，斷帶瞬間，所有保護裝置共受到?jīng)_擊載荷≥50t。

2.3 斷帶抓捕工作原理

斷帶前，各機構就如圖1 中虛線位置所示。斷帶后，系統(tǒng)自動感知斷帶發(fā)生，傳感器裝置能夠?qū)崟r檢測輸送帶的運行數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行分析，通過將分析后的數(shù)據(jù)傳輸至控制系統(tǒng)中的PLC 進行數(shù)據(jù)反饋，然后控制系統(tǒng)立即向液壓系統(tǒng)發(fā)出指令，此時啟動抓捕系統(tǒng)，上下表面巨大的摩擦力能夠?qū)⒛z帶牢牢抓住，從而完成斷帶保護。具體過程表現(xiàn)為系統(tǒng)控制油缸驅(qū)動上帶上壓機構和上帶下壓機構各旋轉(zhuǎn)90°，從而將下滑的皮帶緊緊夾住，防止皮帶事故進一步擴大。

2.4 斷帶保護裝置效果分析

觀察上帶上壓、下壓機構受力隨時間變化曲線，如圖2 所示。

圖2 上帶上壓和下壓機構受力隨時間變化曲線

所設計斷帶保護裝置在發(fā)生斷帶情況下，油缸驅(qū)動上帶上壓機構和上帶下壓機構在2s 內(nèi)旋轉(zhuǎn)90°，迅速將下滑的皮帶夾住，完成抓捕輸送帶的工作，防止煤炭滑落。設計保護裝置滯后系統(tǒng)斷帶0.2s 即可進入抓捕狀態(tài)，這是由于液壓系統(tǒng)在建壓過程中元件存在反應時間。

上帶上壓和下壓機構在2s 內(nèi)受力達到最大值為3.5×108N，遠大于50t 重的煤炭和皮帶總質(zhì)量所產(chǎn)生的重力5×105N 的力，因此，此裝置足以滿足輸送帶斷帶后所產(chǎn)生的下滑力。由于斷帶保護裝置在帶式輸送機上是多點分布，通常配置10套保護裝置，一套保護裝置僅需大約5t 總質(zhì)量物體所產(chǎn)生的力，因此，該保護裝置完全能夠滿足斷帶保護要求。

該裝置經(jīng)過改進后，能夠有效針對斷帶情況做出應急處理，在斷帶發(fā)生時，通過PLC 系統(tǒng)控制，做出及時夾緊下滑的皮帶的動作，防止斷帶事故進一步擴大。

3 結論

（1）通過對斷帶保護裝置的受力分析，可以發(fā)現(xiàn)該裝置能夠迅速完成保護工作，保證裝置平穩(wěn)運行，并且能夠承受較大沖擊載荷。

（2）斷帶保護裝置采用整體式的抓捕模式，該裝置布置于機頭張力最大處與輸送機中間位置，一旦斷帶，報警系統(tǒng)立馬啟動，隨后停機，此時在機頭與中間位置同時開始進行抓捕動作，能夠有效防止事故進一步擴大。該裝置易于拆卸，便于井下運輸，能夠適用井下有效空間的操作。