王曉波

（山西沁和能源集團有限公司南凹寺煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048000）

皮帶輸送機作為煤礦生產(chǎn)的主要輸送設(shè)備，具有運距長、動力足、運載能力強等優(yōu)勢，在煤礦得到廣泛應(yīng)用。且可根據(jù)運輸距離長短和功率大小的實際需求，選擇單速或雙速皮帶輸送機進行有效調(diào)控，具有良好的可操控性，從而實現(xiàn)運煤出矸期間的穩(wěn)定運行。但由于日常檢修維護不到位，或者安裝標(biāo)準(zhǔn)太低，導(dǎo)致皮帶運行時會出現(xiàn)斷帶、跑偏、打滑、過載等多種問題，尤其是對托輥磨損較為嚴(yán)重，導(dǎo)致皮帶兩側(cè)出現(xiàn)毛邊，影響使用壽命。據(jù)此，對DTL型礦用皮帶輸送機的結(jié)構(gòu)缺陷機理進行分析，提出有效改進措施。

1 皮帶輸送機機械結(jié)構(gòu)與使用

皮帶輸送機的主要機械組成部分包括機頭、機尾滾筒，驅(qū)動電機、減速機、冷卻水包、壓帶裝置和輔助脹拉絞車，以及斷帶、超溫、過載、過流保護等保護裝置[1]。DTL型礦用皮帶輸送機結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 DTL型礦用皮帶輸送機結(jié)構(gòu)

隨著巷道掘進進尺的不斷延伸，皮帶輸送機可通過掐接皮帶的方式選擇一個接口將新皮帶用皮帶扣重新砸釘連接，形成延長端，然后采用點帶方式將皮帶運行起來，再通過皮帶下部的壓帶倉張拉絞車對新皮帶進行收緊，從而實現(xiàn)皮帶的延伸鋪設(shè)。隨著巷道掘進，皮帶需要前移時，可適當(dāng)釋放壓帶倉中的皮帶向前延伸，直到新鋪接皮帶全部延長結(jié)束。

2 故障分析

2.1 托輥損壞

皮帶在運行過程中主要依靠安裝在架桿上的托輥實現(xiàn)承載負(fù)荷和向前傳輸?shù)淖饔?。為減少對皮帶的阻力，托輥分為三聯(lián)輥、兩聯(lián)輥和直托輥等三種形式，每一節(jié)托輥均可單獨旋轉(zhuǎn)。由于長期使用，難免托輥連接處滲入煤泥，或者皮帶出現(xiàn)毛邊時，因跑偏將毛邊線繩纏繞進托輥連接軸部分，導(dǎo)致托輥不能自行轉(zhuǎn)動，呈現(xiàn)抱死狀態(tài)，當(dāng)皮帶運行時的阻力超過可承載能力時，就會出現(xiàn)托輥斷開現(xiàn)象。此外，在皮帶搭接處由于存在一定的落差，當(dāng)輸送大塊矸石下落后，其自身重力與下落加速度可能導(dǎo)致托輥直接被砸斷，也會導(dǎo)致其損壞，失去對皮帶的輸送作用。

2.2 減速器斷軸

在皮帶長期運行中，電機與減速機之間連接的軸承由于磨損過度就會發(fā)生過載斷軸現(xiàn)象。通過對斷軸位置與斷開裂痕的觀察，發(fā)現(xiàn)斷裂點普遍出現(xiàn)在軸承的中部，且裂痕形狀呈現(xiàn)出典型的疲勞斷裂的殼型結(jié)構(gòu)。在減速機變速中，軸承受到較大拉伸應(yīng)力作用，促使減速軸出現(xiàn)偏心現(xiàn)象，在旋轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的作用下不能在同一軸線上運動，導(dǎo)致軸承在兩個方向上的應(yīng)力疊加，軸部產(chǎn)生斷裂。

2.3 皮帶跑偏

皮帶輸送機出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象主要因為前后驅(qū)動滾筒的拉力大小不同。在鋪設(shè)延伸皮帶時，機尾滾筒屬于從動裝置，安裝后未經(jīng)調(diào)試，導(dǎo)致皮帶運行前后不在同一軸心線上，加之巷道高低起伏，在開機運行時受到張力不同，且皮帶主動滾筒與從動滾筒導(dǎo)致帶速上存在差異，使得皮帶會由高位向低位跑偏；在安裝托輥時，若遇到托輥支撐面與皮帶輸送面不垂直時，也會導(dǎo)致皮帶產(chǎn)生向后跑偏的現(xiàn)象。

3 改進措施

3.1 托輥設(shè)計優(yōu)化

基于托輥結(jié)構(gòu)及工作原理，將DTL型皮帶機輸送裝置原有的整體圓柱體托輥改進為可伸縮的圓柱體彈簧托輥裝置，不僅在結(jié)構(gòu)上可起到對皮帶的支撐作用，還可以在皮帶重載情況下利用彈簧的抗拉和伸縮性對皮帶進行平衡緩沖，利用彈簧的彈力系數(shù)，避免出現(xiàn)嚴(yán)重跑偏漏矸灑煤現(xiàn)象，從而對皮帶實現(xiàn)保護[2]。皮帶彈簧托輥改進如圖2所示。

圖2 皮帶彈簧托輥改進

3.2 減速器-電機軸銷安裝工藝改進

（1）確保中線精度要求。在安裝減速機和電機聯(lián)軸時，使用激光校準(zhǔn)對軸，保證減速機主軸、液力耦合器、聯(lián)軸節(jié)和電機主軸能夠在同一水平高度和中心線上，減少因偏軸產(chǎn)生震動而導(dǎo)致斷軸事故發(fā)生。

（2）液力耦合器加裝在電機輸出端軸承上，使得電機提供的主動力通過傳遞能夠均勻傳輸給減速機的軸承上，確保受力均勻分布，避免因受力不均導(dǎo)致的失衡情況，減少斷軸的風(fēng)險。

（3）對減速機的換擋軸定期進行檢修，及時發(fā)現(xiàn)減速機異響、異常抖動、噪聲增大等故障因素，通過排查和有效整改，確保皮帶張緊力趨于平穩(wěn)，減少產(chǎn)生較大波動，影響穩(wěn)定運行。減速器-電機軸銷改進前后皮帶張緊力對比如圖3所示。

圖3 減速器—電機軸銷改進前后皮帶張緊力對比

如圖3所示：在對減速器-電機軸銷改進前，在皮帶啟動和制動期間會產(chǎn)生明顯的沖擊波動，張緊力呈現(xiàn)出較密集的波動曲線，說明在這一過程中皮帶由于受力發(fā)生變化，開停機時無法確保皮帶穩(wěn)定啟停，在大負(fù)荷條件下轉(zhuǎn)動極易造成軸銷的受力折損。改進后的曲線圖中可發(fā)現(xiàn)在啟動、制動過程中張緊力波動較為平緩，且波動幅值變化不大，不會對連接軸銷產(chǎn)生較大的負(fù)荷影響。因此，在啟停過程中由于受力較小而減少了部件的磨損，延長減速機和電機聯(lián)軸的使用壽命[3]。

3.3 自動糾偏設(shè)計

設(shè)計安裝一個糾偏托輥和糾偏夾的組合裝置。通過DTL型礦用皮帶的優(yōu)化設(shè)計和結(jié)構(gòu)改進，在原有托輥基礎(chǔ)上增加托輥底座，該底座主要由蝸桿、蝸桿支撐架、蝸輪、蝸輪轉(zhuǎn)軸和托輥支撐架等部件組成，當(dāng)皮帶出現(xiàn)明顯跑偏后，跑偏一側(cè)的載荷要高于另一側(cè)，會出現(xiàn)皮帶中心線與托輥中心線離心的現(xiàn)象。在蝸桿的調(diào)解下，激發(fā)蝸輪和轉(zhuǎn)軸進行調(diào)向運動，施加一個反方向的支撐力，從而平衡掉偏轉(zhuǎn)載荷的重力作用，促使皮帶自動恢復(fù)到原來的中線位置運行，以實現(xiàn)皮帶的自動糾偏功能，確保正常運行[4]。自動糾偏托輥改進如圖4所示。

圖4 自動糾偏托輥改進

4 應(yīng)用效果分析

經(jīng)過一系列結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計和改進后，南凹寺煤礦對DTL型皮帶輸送機進行現(xiàn)場試驗。在更換托輥方面，優(yōu)化前平均每月需要更換損壞托輥17條，優(yōu)化后只需要更換6條托輥。在維修次數(shù)方面，較日常檢修次數(shù)減少約2/3，運行期間的皮帶噪聲明顯降低。經(jīng)過糾偏裝置的使用，皮帶灑矸量也明顯降低，減少了職工人工清理矸石和灑煤的工作量，皮帶未再因發(fā)生跑偏而出現(xiàn)的毛邊現(xiàn)象，托輥無纏繞線繩發(fā)生，電機-減速機的連接軸銷在更換新軸之后，使用周期可達到7個月，延長了使用壽命，降低設(shè)備投入和維護成本。

5 結(jié)論

1）通過托輥設(shè)計優(yōu)化，提高皮帶啟停階段的運行穩(wěn)定性，減少皮帶張緊力的大幅度變化，避免皮帶在此階段因受力過載導(dǎo)致的皮帶拉斷風(fēng)險。

2）對托輥和防跑偏裝置的集中改進，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，減少皮帶在運行過程的超限跑偏，導(dǎo)致漏矸灑煤情況發(fā)生，同時在一定程度上平衡了皮帶承受的不同方向的受力，最大限度提供保護。

3）對皮帶減速機和電機連接軸銷保護后，提高皮帶電動傳動系統(tǒng)的安全性，確保皮帶能夠安全穩(wěn)定運行，降低維護成本。