新式斷帶抓捕裝置的研究應用

栗少嵚

（神華準格爾能源公司，內蒙古 呼和浩特 010300）

新式斷帶抓捕裝置的研究應用

栗少嵚

（神華準格爾能源公司，內蒙古 呼和浩特 010300）

針對輸送帶斷裂事故，目前最主要的保護措施就是在輸送機上安裝斷帶保護裝置。本裝置能隨時感受皮帶張力變化，斷帶時皮帶內的張力消失，平衡被打破，反轉設施在重力作用下向下翻轉到一定角度，上下架摩擦塊夾緊皮帶，利用皮帶與摩擦塊間的摩擦力的存在，皮帶與摩擦塊間形成自鎖，從而把皮帶牢牢夾住，可靠地制動下滑的膠帶。

輸送帶；斷帶；抓捕

1 緒論

1.1 背景概述

帶式輸送機作為重要的運輸設備被廣泛地應用在煤礦行業生產連續運輸的環節中，發揮著巨大的作用。隨著煤礦向大型化礦井發展，越來越多大傾角、長距離、大負荷帶式輸送機得到使用，對于鋼絲繩芯強力膠帶，由于鋼絲繩芯的銹蝕、斷裂或因膠帶硫化接頭鋼絲繩芯的抽動，造成橫向斷帶事故。斷帶多發生在驅動滾筒附近和有較大變坡處的承載帶上，一旦發生斷帶下滑或因逆止器失效造成的逆轉事故，就會摧毀膠帶機機架、損壞設備、堵塞運輸巷道，破壞力極為慘重，造成長時間的停產及重大經濟損失，甚至人員傷亡。為了煤礦的安全生產，帶式輸送機的橫向斷帶保護問題引起煤礦行業的高度重視，并采取了一定的保護措施，當發生斷帶時保護裝置能及時、可靠地制動下滑的膠帶，避免引發惡性事故。

哈爾烏素礦位于內蒙古自治區鄂爾多斯市準格爾旗，北鄰已建成的黑岱溝露天煤礦。生產工藝是地面運輸為電動輪卡車和帶式輸送機，卡車由坑下運煤到破碎站，破碎站把粒度1 800～0mm的原煤破碎到200～0mm，再經膠帶機轉運到毛煤倉，到選煤廠洗選加工。膠帶機參數如表1所示。

從表1看出，膠帶機M14和M12提升高度超過60米。因此確保安全生產運行，斷帶保護尤為重要。

圖1

表1 膠帶機參數

造成輸送帶斷帶的原因主要有：

（1）高強皮帶接頭質量不好。主要是由于硫化接頭時采用不合格的接頭材料；硫化接頭處環境條件差；。硫化工藝標準執行不嚴格；在局部硫化時，膠帶接頭若處于張緊狀態，硫化加熱時，橡膠軟化，鋼絲繩與橡膠層內會發生輕微抽動現象。

（2）膠帶自身質量不過關，服務年限長造成質量下降，長時間超負荷運轉，日常維護不到位，安裝質量不佳，或者受到超強外力作用，都會使得膠帶在其薄弱處斷裂。

（3）鋼絲芯膠帶機管理問題：管理基礎薄弱，沒有嚴格按照規程管理；崗位責任制不落實，檢查不細、不到位；異物突然進入皮帶。

（4）設計不合理其他原因造成的膠帶斷裂。

帶式輸送機斷帶事故的預防十分必要，但斷帶事故的發生具有極大的突發性，即使上運帶式輸送機使用了鋼絲繩芯實時監測裝置檢測到膠帶發生斷帶報警停機，也不能阻止膠帶的下滑造成的惡性事故。

帶式輸送機的安全保護設施是煤礦安全條例中重要的一環。《煤礦安全規程》第375條第7款規定：“鋼絲繩芯帶式輸送機應設帶式輸送機斷帶保護裝置”。因此，不斷進行斷帶保護的技術研究，開發一種高效、穩定的斷帶抓捕器是很有必要的。

1.2 國內外技術現狀

在國內外出現了機械式、液壓式等斷帶保護裝置或技術，主要有以下幾種方式：

（1）偏心托輥式抓捕器

抓捕器（見圖2）工作原理：正常運轉時，偏心輥作為正常托輥使用，當出現斷帶事故反向下滑時，偏心輥則和上摩擦面實現斷帶的夾緊。

缺點：動作同步性差，制動面為線接觸，抓捕面積小，傳動機構易損壞，偏心輥參與運轉易損壞，后期維護投入大，定期試驗困難。

圖2 偏心托輥式抓捕器

（2）整體式斷帶抓捕裝置

抓捕裝置（見圖3）主要由機架總成、液壓系統、電氣控制系統、信號采集系統組成。

圖3 整體式斷帶抓捕裝置

特點：（1）整體設計、分體安裝，獨立于帶式輸送機。（2）制動方式上，全斷面的面接觸，抓捕力大。

缺點：布置組數小，對于千米井裝3組則造成最少330m以上抓捕盲區，抓捕力大但容易造成二次斷裂。

為了解決上述技術不足，本論文提出一種帶式輸送機新式斷帶抓捕裝置，充分利用皮帶在斷裂時的張力變化，依靠重力和彈簧作用，上下膠帶抓捕機構將膠帶大面積的抓捕并鎖緊，避免抓捕膠帶時發生新的撕裂。設置上下皮帶抓捕機構聯動裝置，同時增大了制動力矩，避免出現誤動作。

2 抓捕機的設計研究

2.1 斷帶機理分析

鋼絲繩芯膠帶接頭的粘著力是以埋人橡膠中的單位長度鋼絲繩抽出所需要的力即以抽出力來表示的。抽出力與鋼絲繩埋入橡膠中的長度成正比，埋入愈長，抽出鋼絲繩所需的力愈大，當埋入長度增至一定值時，抽出力將超過鋼絲繩本身的破斷強度，此時鋼絲繩不能抽出而被拉斷。近期對國內部分生產礦井的鋼絲繩芯膠帶機使用情況進行了調研，重點對煤礦鋼絲繩芯膠帶機斷帶事故進行了統計，在統計的27起斷帶事故中，因接頭中鋼絲繩抽出力逐漸失效的達23次，占85%；其中因接頭質量不合格、強度低，運轉不足一年就發生接頭抽鋼絲的12起，占44%；因接頭服務年限長，日常檢查不到位沒及時重做的ll起，占41%；因異物卷入等外部原因引起斷帶的3起，占11%。

從統計的事故可以看出，接頭中鋼絲繩抽出力逐漸失效造成斷帶的比例最大，其主要表現是接頭處局部凸包并逐漸擴大，接頭中間凸包一般為70～100mm不規則圓形，一周內凸包變化緩慢，8天后變化明顯，13～15天凸包擴大到300～380 mm時斷帶。圖4是PSH礦的3起膠帶斷帶前鋼絲繩失效的變化趨勢。

圖4 鋼絲繩失效變化趨勢

硫化工藝水平不合格主要體現在以下兩個方面：一方面是硫化接頭時未能控制住硫化溫度；另一方面是排繩過密。

2.2 設計目標

本論文提供了一套機構，針對上行斜度18°，輸送物料為煤，帶寬為1.4米的DT(Ⅱ)A型輸送帶，當皮帶在承載段（即上帶）斷裂時，能對皮帶起到抓捕固定作用，防止斷口下的皮帶及物料大面積下滑，減少甚至避免更大的損失。

2.3 結構簡介

本論文提出的帶式輸送機皮帶斷帶抓捕裝置，由框架、承載膠帶抓捕機構、回程膠帶抓捕機構、上下聯動裝置及調節解鎖機構等組成。

承載膠帶（上帶）抓捕機構由上翻轉架總成與下翻轉架總成組成。在下翻轉架連接架板上方安裝有上托輥，托輥起支撐上帶作用，在運行狀態下和承載帶隨轉。各個組成部件均置于上框架之內，使結構緊湊，占用空間少。上翻轉架總成在自重和扭簧作用下能實現向下擺動運動，下翻轉架總成在聯動裝置和彈簧作用下，可向上擺動運動。上下翻轉架的楔形摩擦塊配合形成承載帶斷帶的抓捕。

回程帶（下帶）抓捕機構包括下帶翻轉架總成與橫梁，下帶翻轉架總成由旋轉軸、摩擦塊、連接架板和軸承組件組成。在連接架板下方安裝有下帶托輥，在運行狀態下壓在回程帶上表面隨下帶滾動。下帶翻轉機構旋轉軸布置在框架左右立板前部，與上帶下翻轉旋轉軸處于同一水平，使得上下抓捕機構在抓捕狀態下減少機架的傾覆力矩，降低破壞。下帶翻轉架總成可向下擺動，依靠重力作用，其楔形摩擦塊與固定在下機架上的橫梁配合形成回程帶斷帶的抓捕。

在各翻轉架的軸兩端裝有曲柄，曲柄與軸間裝有鍵來傳遞軸向的扭矩，保證曲柄與翻轉架同步轉動。

上下聯動裝置由上帶的上下翻轉架通過長連接桿，上下曲柄組成上聯動裝置，這樣就可以使上下翻轉架實現同步翻轉；下曲柄、短連桿，下翻轉頭，推桿組成下聯動裝置保證上帶抓捕機構不動作時下帶抓捕機構也不動作，保證了抓捕裝置不受下帶垂度波動引起誤動作。

調節解鎖機構分為上抓捕調節機構和下抓捕調節機構，分別由油缸、活塞桿、擺動頭組成。在進行皮帶維護或修理時，采用油缸可以使翻轉架夾持皮帶在任意高度或返回并固定在原始位置。本裝置透視圖如圖5所示。

圖5 裝置透視圖

2.4 工作原理

輸送機正常運轉時，平衡臂的重力矩克服翻轉架及煤、皮帶的重力矩，促使翻轉架向上轉，使托輥緊貼皮帶底面并頂起皮帶；由于皮帶的張緊力的存在，會對托輥產生向下的壓力并達到平衡，翻轉設施運動趨勢處于平衡狀態，致使翻轉架無法上翻(如圖6所示)。

圖6 結構圖

當皮帶斷裂后，皮帶內的張力馬上消失，對托輥產生向下的壓力也消失，翻轉架失去平衡向上翻轉頂起皮帶，直到把皮帶壓緊在橫梁上。

皮帶斷裂后會沿托輥下滑，即反方向移動，它導致使皮帶下的單向托輥反轉。當托輥正轉時，其軸不轉；托輥反轉時，會帶動軸反轉。這樣，當軸中間的鋼繩在軸上纏繞時，可帶動托輥及翻轉架向上翻轉。這對翻轉架向上翻轉起到補充作用。

當翻轉架翻轉到一定角度時，皮帶反向移動會對磨擦塊產生磨擦力，這也對翻轉架的翻轉產生正面作用。角度越大，它產生的效果越顯著。

當翻轉架翻起到位時，就把皮帶壓緊在橫梁上。此時皮帶、翻轉架、橫梁三者之間會產生楔塊效應：皮帶與摩擦塊間相對運動會產生摩擦力，摩擦力促使翻轉架產生繼續翻轉的趨勢，這就使磨擦塊進一步地壓緊皮帶，那么皮帶與摩擦塊間的摩擦力越大，如此往復，再加上橫梁與皮帶間的摩擦力，皮帶就被緊緊地夾緊在磨擦塊與橫梁之間（如圖7所示）。

圖7 抓捕示意圖

2.5 夾緊皮帶時受力分析

當皮帶被夾緊時，皮帶及物料垂直于斜坡方向上的重力的分力還是由托輥承受。

皮帶及物料平行于斜坡方向重力的分力，由摩擦塊及橫梁對皮帶的摩擦力來平衡。

Lz為抓捕器間距（50m）；

N為摩擦塊、橫梁與皮帶間的正壓力；

μ1為摩擦塊與皮帶間摩擦系數0.35；

μ2為橫梁與皮帶間摩擦系數0～0.1。

軸處所受的力最大為：Nmax/sin75°=103 237 N。

2.6 本裝置的技術效果

（1）本論文提出的斷帶抓捕裝置上翻轉架兼作配重塊，在旋轉軸處設置扭簧，兩者共同作用產生翻轉力矩，使結構緊湊，占用空間少，且制動力矩大，制動實施敏捷。輸送機即使出現短暫逆向運行，也不會發生誤動作。

（2）本裝置對斷帶實施抓捕時，能對斷帶后的承載帶和回程膠帶同時全斷面瞬間實施抓捕，抓捕可靠性高。

（3）本裝置對斷帶抓捕時，上帶下翻轉架能將承載層斷帶上翻，卸掉膠帶上的貨載，沿整個帶寬方向抓捕，對帶體損傷小，抓捕可靠性高。

（4）采取上下兩個翻轉架實施承載帶斷帶抓捕，可降低膠帶舉升高度，減小所需翻轉力矩。

（5）采用上下帶聯鎖裝置，上帶抓捕機構動作觸發下帶抓捕機構，有效防止下帶偶然松弛時產生誤動作。

（6）增加調節及解鎖機構，可以使翻轉架夾持皮帶在任意高度或返回原始位置，方便進行皮帶維護或修理以及抓捕狀態的恢復。

2.7 電氣控制

如圖8所示，安裝在橫梁上的一個接近開關，當發生斷帶時，翻轉架上翻，摩擦塊靠近接近開關，接近開關產生一個電平信號，通過繼電器停皮帶并發出聲光報警。

圖8 電氣控制圖

3 結論

在煤炭生產中，帶式輸送機尤其是傾角大、距離長的上運帶式輸送機一旦發生斷帶下滑事故，后果極其嚴重，進行斷帶保護十分必要。結合現有的斷帶保護技術，論文提出的新式斷帶抓捕裝置完全根除了誤動作發生的可能，斷帶發生判斷準確、結構緊湊、制動實施敏捷、制動力大，抓捕可靠，非常有效的避免了斷帶事故的進一步延伸，避免了設備損壞及人身傷害，減少了經濟損失，縮短了停產恢復時間，提高了生產效率，有一定良好的經濟效益,具備很大的社會推廣經濟價值，具有很好的前景。

[1]郭經州.PDB斷帶保護器在帶式輸送機上的應用[J].煤礦機電，2005（5）:60-62.

[2]金以慧.過程控制[D].北京：清華大學出版社，1993.

[3]王瑞麟，張英柱.帶式輸送機斷帶捕捉器的設計[J].煤礦機械.2005，26(4)：27-29.

Study on the Application of New Broken Belt Catching Device

LIShao-qin

(Zhungeer Shenhua Energy Company，InnerMongolia Hohhot010300，China)

According to the conveyor beltbreakage protectionmeasures,themost important is installed in the conveyor beltbreakage protection device.The device can always feel the belt tension change,broken beltwhen the belt tension in disappear,the balance is broken,reversal facilities under the action of gravity downward turned to a certain angle,upper and lower frame friction block clamping belt,the beltand the friction block and the friction between the beltand the formation ofexistence,the self-locking friction block,thus the the belt is tightly clipped,tape down brake reliably.

conveyor belt；thrustbelt；catch

TG75

A

1672-545X（2013）05-0272-04

2013-02-06

栗少嵚，女，高級工程師，從事機電設備管理工作。