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(yùn)輸機(jī)是井下生產(chǎn)運(yùn)輸過(guò)程中不可或缺的設(shè)備，其運(yùn)行的安全和效率直接關(guān)系到礦井井下生產(chǎn)效率。井下作業(yè)環(huán)境惡劣而復(fù)雜，皮帶機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中必然會(huì)出現(xiàn)各類故障，其中皮帶機(jī)跑偏是較為常見(jiàn)的故障形式。皮帶機(jī)跑偏后，皮膠帶在摩擦力的作用下會(huì)引發(fā)工作系統(tǒng)故障被迫停機(jī)，還會(huì)因皮帶脫落而使與之直接接觸的生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)非正常損壞，翻卷物料，誘發(fā)安全隱患，十分不利于井下機(jī)械設(shè)備及人員安全。

1 皮帶機(jī)跑偏原因

井下皮帶機(jī)為井下連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備，其中皮膠帶是皮帶機(jī)部件中最常用、最重要、最基礎(chǔ)的承載結(jié)構(gòu)和牽引結(jié)構(gòu)，其在皮帶機(jī)運(yùn)行過(guò)程中主要借助其自帶滾筒、托輥與皮膠帶產(chǎn)生摩擦，以帶動(dòng)皮膠帶運(yùn)動(dòng)，達(dá)到物料承載及運(yùn)輸?shù)哪康?。皮帶機(jī)跑偏即指井下運(yùn)輸過(guò)程中皮帶機(jī)輸送膠帶偏離皮帶機(jī)中心線的現(xiàn)象[1]。從力學(xué)角度考察井下皮帶機(jī)運(yùn)行原理發(fā)現(xiàn)，引發(fā)其輸送皮膠帶跑偏的主要原因在于皮帶兩側(cè)驅(qū)動(dòng)力運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)后，在大小不一的摩擦力的作用下皮膠帶必然發(fā)生跑偏。這一過(guò)程中滾筒、托輥等均會(huì)對(duì)皮膠帶施加側(cè)向力，托輥組上位處向右移動(dòng)，下位處向左移動(dòng)，使皮帶機(jī)運(yùn)行向跑偏，具體見(jiàn)圖1。將造成井下皮帶機(jī)跑偏的原因歸納如下：

圖1 皮帶機(jī)跑偏故障原理

1）皮帶機(jī)張緊裝置安裝不當(dāng)或老化。皮帶機(jī)張緊裝置安裝不當(dāng)會(huì)使輸送帶兩側(cè)張力和摩擦力不對(duì)稱，必然引發(fā)皮帶機(jī)跑偏。此外，若皮帶機(jī)使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，包括張緊裝置在內(nèi)的部件便會(huì)老化，在未及時(shí)更換和維修的情況下，也會(huì)造成皮帶機(jī)跑偏。

2）皮帶機(jī)輸送帶給料不均勻。皮帶機(jī)輸送帶上物料必須按照規(guī)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(fā)皮帶機(jī)跑偏，在井下皮帶機(jī)運(yùn)行過(guò)程中因該原因而造成的皮帶機(jī)跑偏故障十分常見(jiàn)。與此同時(shí)，礦料下落位置及方向不正確或落料點(diǎn)不對(duì)中會(huì)使托輥、滾筒兩側(cè)壓力不均、摩擦力不平衡，進(jìn)而引發(fā)皮帶機(jī)跑偏。

3）輸送帶接頭連接不良。皮帶機(jī)輸送帶接頭在長(zhǎng)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(cè)張緊力不一致，皮帶機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)向張緊力較大的一側(cè)偏斜。皮帶機(jī)使用年限過(guò)長(zhǎng)后機(jī)械零部件磨合程度均下降，且皮膠帶老化松弛，甚至發(fā)生永久變形，內(nèi)部應(yīng)力分布不均，引發(fā)皮帶機(jī)跑偏。

4）皮膠帶兩端張力不平衡。井下皮帶機(jī)運(yùn)送物料過(guò)程中，皮膠帶是發(fā)揮承載和輸送作用的關(guān)鍵部件，皮膠帶質(zhì)量及張緊力平衡程度是影響皮帶機(jī)順利運(yùn)行的關(guān)鍵，若皮膠帶質(zhì)量不良、過(guò)度磨損老化，必然影響其內(nèi)部應(yīng)力分布的均勻性和兩端受力的均衡性，造成皮帶機(jī)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(jī)所運(yùn)送的物料具有一定黏性，在皮帶機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后托輥、滾筒上因黏結(jié)物料而使其筒徑局部增大，引發(fā)皮膠帶兩側(cè)張緊力不均勻、皮帶機(jī)跑偏。此外，若托輥、滾筒安裝位置和輸送機(jī)中心線垂直度存在較大誤差，則托輥和滾筒處跑偏最為嚴(yán)重，承載段和回程段往前會(huì)有不同程度的減輕。

2 皮帶機(jī)輸送帶跑偏規(guī)律

1）偏大不偏小。當(dāng)皮帶機(jī)滾筒與托輥不適應(yīng)，且皮帶機(jī)兩側(cè)直徑大小不同時(shí)，皮帶機(jī)輸送帶運(yùn)行時(shí)便會(huì)向直徑較大側(cè)偏移。

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

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

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

3 皮帶機(jī)糾偏方法

3.1 常規(guī)糾偏方式

井下皮帶機(jī)常用的糾偏方式主要有液壓驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)推桿、機(jī)械回轉(zhuǎn)等。其中液壓驅(qū)動(dòng)糾偏裝置充分利用皮帶機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的動(dòng)力，使糾偏裝置組件結(jié)構(gòu)極大簡(jiǎn)化，但是造價(jià)高，對(duì)于礦井井下生產(chǎn)不具有普適性；電動(dòng)推桿糾偏裝置則以皮帶運(yùn)行動(dòng)力或電機(jī)為驅(qū)動(dòng)源，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在復(fù)雜多變的井下運(yùn)行環(huán)境中工效難以充分發(fā)揮，還需要配備防爆電機(jī)，運(yùn)行成本高；機(jī)械回轉(zhuǎn)糾偏裝置在皮帶機(jī)跑偏后其回轉(zhuǎn)托輥機(jī)會(huì)沿皮帶跑偏方向旋轉(zhuǎn)，以發(fā)揮糾偏作用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是性能缺乏穩(wěn)定性。

3.2 氣動(dòng)糾偏

為確保井下生產(chǎn)過(guò)程的安全和順利，根據(jù)相關(guān)規(guī)程，井下煤巷必須配備壓風(fēng)自救系統(tǒng)，并按照200 m間隔增設(shè)氣管接口。為此，本研究認(rèn)為，井下皮帶機(jī)糾偏系統(tǒng)可以以壓風(fēng)管路系統(tǒng)為動(dòng)力源，這種皮帶機(jī)糾偏系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中只需要將三通閥門(mén)連接在井下靜壓風(fēng)管上接口處，在井下壓風(fēng)系統(tǒng)工作的過(guò)程中便能為皮帶糾偏系統(tǒng)提供源源不斷的驅(qū)動(dòng)力。如遇皮帶機(jī)跑偏，氣動(dòng)控制閥同時(shí)開(kāi)啟，氣缸在壓力氣的驅(qū)動(dòng)下促使皮膠帶迅速歸位。皮帶機(jī)糾偏裝置啟動(dòng)過(guò)程中不需要輸入額外動(dòng)力，故無(wú)須另外配置氣動(dòng)裝置，可大大簡(jiǎn)化裝置結(jié)構(gòu)，提升運(yùn)行的便利性。

在這種氣動(dòng)糾偏設(shè)計(jì)下，傳送皮帶架和托輥架主要利用轉(zhuǎn)軸連接，當(dāng)皮帶機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，托輥架和立輥均處于初始位置，皮膠帶運(yùn)行于皮帶架中間區(qū)域，不與立輥接觸。一旦皮帶機(jī)跑偏，皮膠帶會(huì)接觸立輥，立輥和立輥架角度隨之改變，立輥架與換向閥發(fā)生偏移，換向閥因驅(qū)動(dòng)而開(kāi)啟，煤巷內(nèi)壓風(fēng)管中的風(fēng)流經(jīng)由換向閥后流進(jìn)氣缸，氣缸活塞運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)機(jī)架角度因旋轉(zhuǎn)而改變，進(jìn)而調(diào)整皮帶機(jī)，直至其恢復(fù)初始狀態(tài)[3]。

通過(guò)對(duì)氣動(dòng)糾偏裝置作用原理的分析可以看出，該系統(tǒng)主要利用回轉(zhuǎn)機(jī)架角度調(diào)整的過(guò)程使皮帶機(jī)重新回歸初始位置，并通過(guò)立輥旋轉(zhuǎn)角度的改變對(duì)換向閥啟閉程度進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而調(diào)整氣缸活塞運(yùn)動(dòng)的位移量，達(dá)到驅(qū)動(dòng)托輥架及皮帶機(jī)糾偏的目的。只要皮帶機(jī)跑偏得到糾正，立輥與換向閥便會(huì)恢復(fù)至初始狀態(tài)，氣缸運(yùn)動(dòng)結(jié)束，回轉(zhuǎn)機(jī)架也停止旋轉(zhuǎn)。該井下皮帶機(jī)氣動(dòng)糾偏裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖詳見(jiàn)圖2。

圖2 井下皮帶機(jī)氣動(dòng)糾偏裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

4 結(jié)語(yǔ)

常規(guī)的皮帶機(jī)糾偏裝置普遍存在對(duì)井下復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境適應(yīng)性差、成本投入高等弊端，本研究所提出的氣動(dòng)糾偏裝置主要以井下壓風(fēng)管路壓力風(fēng)流為動(dòng)力源，使糾偏系統(tǒng)動(dòng)力組件結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，對(duì)井下作業(yè)環(huán)境的適應(yīng)性更強(qiáng)，操作便捷，糾偏工效更高，可為井下皮帶機(jī)安全、順利、高效運(yùn)行提供保證。