劉 璐

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)麻家梁煤業(yè)有限公司，山西 朔州 036000）

引言

隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)度建設(shè)的加快，對煤炭開采總量以及生產(chǎn)效率有了更進(jìn)一步的要求。礦井內(nèi)所有機(jī)械設(shè)備都應(yīng)符合高效率化以及安全性的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，尤其是煤炭輸送系統(tǒng)的效率非常關(guān)鍵。作為輸送系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備——帶式輸送機(jī)承擔(dān)著運(yùn)煤的重任，將煤炭從礦井內(nèi)運(yùn)送至規(guī)定的地點(diǎn)[1]。隨著開采環(huán)境的不斷惡劣，地層條件的多變復(fù)雜性，使得帶式輸送機(jī)在作業(yè)過程中的從容性有所欠缺。由于工作面巷道的限制，帶式輸送機(jī)只能直線運(yùn)輸，當(dāng)遇到需要急轉(zhuǎn)彎或連續(xù)轉(zhuǎn)彎的情況時(shí)就會變得很困難并且造成了能耗的浪費(fèi)。因此，以DSJ90型帶式輸送機(jī)作為研究對象，從帶式輸送機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面進(jìn)行技術(shù)改造，并結(jié)合電氣設(shè)備自動化的設(shè)計(jì)，全面提升帶式輸送機(jī)對礦井的適用性，并在實(shí)際工程中發(fā)揮出良好的效果。

1 DSJ型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)背景簡介

1.1 工況條件

DSJ90型帶式輸送機(jī)在某煤礦工作時(shí)，會遇到三次轉(zhuǎn)彎運(yùn)輸過程，轉(zhuǎn)彎的角度分別為21°、25°、25°，三段轉(zhuǎn)彎的總長度為214 m[2]。該型號輸送機(jī)在轉(zhuǎn)彎時(shí)會對皮帶進(jìn)行搭接，皮帶前后的運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)功率不一致，在轉(zhuǎn)載煤炭時(shí)會造成能耗的浪費(fèi)。該煤礦安裝有兩臺DSJ90型帶式輸送機(jī)和一臺SGB770/80T型刮板輸送機(jī)，總體輸送長度為560 m。但是三臺輸送機(jī)均未實(shí)現(xiàn)自動化集中控制，每個(gè)輸送機(jī)由一個(gè)技術(shù)工人控制，在協(xié)同操作和信息報(bào)送方面存在滯后性，缺乏統(tǒng)一的集中控制。

1.2 設(shè)計(jì)方案總體概述

DSJ90型帶式輸送機(jī)主要由機(jī)頭、機(jī)身、機(jī)尾三個(gè)主要部分組成，可分別對三個(gè)部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行考慮[3]。一是機(jī)頭部位：DSJ90型帶式輸送機(jī)的輸出功率較大，遇到短距離大轉(zhuǎn)角輸送時(shí)，可減小電機(jī)驅(qū)動的功率，配置更小體積的減速器箱體，皮帶張緊裝置與機(jī)頭部位進(jìn)行有效銜接。二是機(jī)身部位：機(jī)身部位可有效的對H架與縱梁的數(shù)目進(jìn)行增減，從而達(dá)到輸送機(jī)伸長和縮短的目的。三是機(jī)尾部位：DSJ90型帶式輸送機(jī)的機(jī)尾由十個(gè)基尾架組成，保證了整體的鋼度和強(qiáng)度，為了縮短在轉(zhuǎn)角處的安裝距離，可以增加錨桿的方式代替機(jī)尾架的安裝，機(jī)尾架結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 DSJ90型帶式輸送機(jī)機(jī)尾部分示意圖

結(jié)合總體方案構(gòu)想及工況情況，為了使得帶式輸送機(jī)的安裝長度縮短至15 m，可改變輸送機(jī)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，對機(jī)頭架和張緊裝置進(jìn)行優(yōu)選，同時(shí)對機(jī)尾的托輥進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

2 帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)彎裝置設(shè)計(jì)

2.1 托輥組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了提高帶式輸送機(jī)的適應(yīng)性，首先應(yīng)對其轉(zhuǎn)彎裝置進(jìn)行技術(shù)改造，能夠更好地滿足礦井內(nèi)彎轉(zhuǎn)的工作面。影響帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)彎運(yùn)輸性能的為托輥組，通過改造托輥組并且加裝強(qiáng)制轉(zhuǎn)換的裝置，當(dāng)帶式輸送機(jī)在小于45°時(shí)能夠輕松實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎運(yùn)輸[4]。

托輥組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要根據(jù)轉(zhuǎn)彎半徑確定。托輥組的吊鉤、增設(shè)立棍和彈性支撐結(jié)構(gòu)也對整體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)彎通過性造成影響?？梢栽鲈O(shè)立棍結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)在彎曲通道的強(qiáng)制轉(zhuǎn)彎，由于皮帶空載時(shí)，皮帶下支撐的彈簧收縮量較小，如果縮小皮帶內(nèi)曲線夾角，可以實(shí)現(xiàn)增加離心推力的目的。利用托輥組傾角與皮帶支撐力的關(guān)系特性，將托輥組的內(nèi)曲線夾角縮小，如圖2所示。

圖2 托輥組內(nèi)曲線夾角縮小示意圖

2.2 強(qiáng)制轉(zhuǎn)彎裝置設(shè)計(jì)

DSJ90型帶式輸送機(jī)在面對不同的轉(zhuǎn)彎角度時(shí)，如果采用不同的托輥組，不僅將增加成本，而且對工作效率造成較大影響。通常在托輥組下部安裝方便調(diào)節(jié)的托輥支架，常用的支架造型為三角形或直立結(jié)構(gòu)[5]。前者結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較好，但是無法有效保證兩側(cè)傾斜支撐的對稱性；后者結(jié)構(gòu)簡單，但受到側(cè)向作用力時(shí)容易發(fā)生偏轉(zhuǎn)。因此將兩者結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)合優(yōu)化，形成如圖3所示結(jié)構(gòu)，其中兩側(cè)結(jié)構(gòu)為立輥，上側(cè)結(jié)構(gòu)為壓輥，適用于轉(zhuǎn)彎角度大的地形條件。

圖3 托輥支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化示意圖

3 集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

帶式輸送機(jī)的技術(shù)改造不僅包括零部件設(shè)計(jì)，還將實(shí)現(xiàn)電氣自動化的集中控制功能。集中控制系統(tǒng)的信息采集將依靠布置在關(guān)鍵點(diǎn)位的傳感器實(shí)現(xiàn)。根據(jù)工況條件，采用PLC配合傳感器將實(shí)現(xiàn)低速打滑保護(hù)、溫度超高保護(hù)、卸煤堆積保護(hù)、粉塵煙霧保護(hù)、跑偏保護(hù)、撕裂保護(hù)、拉線急停保護(hù)等功能。同時(shí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的是礦井技術(shù)員控制多部輸送機(jī)，還需要具備的功能：一是對輸送機(jī)高度的集中控制；二是并且有顯示器實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的信息讀?。蝗强蓴U(kuò)展性較強(qiáng)，能夠?yàn)槲磥砩壧峁┯嗔坎⑶覟楦舯举|(zhì)安全型設(shè)備。

3.2 集中控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

根據(jù)礦井工作面內(nèi)帶式輸送機(jī)的安裝位置，帶式輸送機(jī)機(jī)頭位置安裝PLC的控制器，形成多功能控制器總站與分站的連接網(wǎng)絡(luò)并且具有保護(hù)功能。但是礦井內(nèi)不僅有帶式輸送機(jī)，還有刮板輸送機(jī)，由于刮板輸送機(jī)不接入集中控制系統(tǒng)，需采用人工控制[6]。整體系統(tǒng)的通訊采用抗干擾性較強(qiáng)的RS-485通訊電纜，有顯示器及時(shí)報(bào)送輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。配備按鈕對帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵動作實(shí)行操作，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖如圖4所示。

圖4 帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

4 技術(shù)改造應(yīng)用

4.1 強(qiáng)制轉(zhuǎn)彎托輥組的應(yīng)用

帶式輸送機(jī)強(qiáng)制轉(zhuǎn)彎裝置為圖5中的結(jié)構(gòu)造型，按照設(shè)計(jì)制造出工程實(shí)物。在DSJ90型可伸縮帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)彎處，按要求鋪設(shè)轉(zhuǎn)彎段中間部分，將轉(zhuǎn)彎裝置按設(shè)計(jì)參數(shù)固定在轉(zhuǎn)彎處中間架的縱梁上，通過多組裝置組合使用，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎目的，如圖5是在某礦井下使用的轉(zhuǎn)彎裝置。

圖5 強(qiáng)制轉(zhuǎn)彎裝置應(yīng)用圖

在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)托輥組安裝角度難把握，很難精準(zhǔn)安裝；轉(zhuǎn)角較小時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)非強(qiáng)制轉(zhuǎn)彎；轉(zhuǎn)角較大時(shí)，飄帶現(xiàn)象嚴(yán)重，飄帶處需加壓輥；轉(zhuǎn)角較大時(shí)，轉(zhuǎn)彎處中間架不穩(wěn)定，須加固定約束。

4.2 集中控制系統(tǒng)的應(yīng)用

輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)總站處可實(shí)現(xiàn)集中順序控制、集中單獨(dú)控制和就地控制三種工作模式，控制模式切換依靠操作箱完成，分站處可實(shí)現(xiàn)檢修模式。操作人員可以通過顯示屏直觀獲悉帶式輸送機(jī)檢修、運(yùn)行狀態(tài)。

5 技術(shù)改造應(yīng)用效果

為了提高帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸效率和整體結(jié)構(gòu)對于煤炭開采環(huán)境的適應(yīng)性，對帶式輸送機(jī)進(jìn)行了技術(shù)改造研究。一是設(shè)計(jì)加工帶式輸送機(jī)強(qiáng)制轉(zhuǎn)彎裝置，成本低廉。裝置節(jié)省安裝工時(shí)，同時(shí)減少一部或多部帶式輸送機(jī)入井，降低電能損耗、節(jié)省維護(hù)費(fèi)用；二是輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)自使用以來，每年每套設(shè)備平均可節(jié)約人工4 000人以上。研究成果為煤礦行業(yè)對開采機(jī)械設(shè)備的技術(shù)改造提供了改進(jìn)思路。