皮帶運(yùn)輸機(jī)皮帶撕裂原因探析及防治

朱榮濤

（河南能源化工集團(tuán)義馬煤業(yè)集團(tuán) 常村煤礦，河南 義馬 472300）

皮帶運(yùn)輸機(jī)是煤礦企業(yè)重要的連續(xù)性運(yùn)輸設(shè)備，主要用來運(yùn)輸煤炭、矸石、物料和人員。目前，皮帶運(yùn)輸機(jī)逐漸朝著遠(yuǎn)距離、高承載、高帶速、大功率、高自動(dòng)化等方向發(fā)展，但這些發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)都依賴于皮帶的可靠性〔1-2〕，皮帶作為運(yùn)輸機(jī)的重要組成部分，主要起到連接驅(qū)動(dòng)裝置和運(yùn)輸物料的作用，資料顯示，其成本占整個(gè)運(yùn)輸機(jī)成本的45%～50%。皮帶破壞形式較多，包括斷帶、起毛、撕裂等，其中撕裂作為一種嚴(yán)重的皮帶破壞形式，往往會(huì)造成較大的運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)損失。隨著皮帶運(yùn)輸機(jī)的廣泛應(yīng)用，皮帶撕裂事故頻發(fā)不斷，皮帶撕裂事故的發(fā)生不僅會(huì)導(dǎo)致運(yùn)輸?shù)耐踔吝€會(huì)在極短時(shí)間內(nèi)造成整臺(tái)皮帶輸送機(jī)報(bào)廢〔3〕。因此，研究運(yùn)輸機(jī)皮帶撕裂問題，尋求其防治辦法具有重要的理論和實(shí)踐意義。

1 皮帶撕裂原因探析

皮帶撕裂事故時(shí)一種嚴(yán)重的運(yùn)輸事故，常會(huì)導(dǎo)致運(yùn)輸連續(xù)性中斷，生產(chǎn)系統(tǒng)的停滯和設(shè)備的損壞。現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，皮帶撕裂可分縱向撕裂和橫向撕裂兩種形式，其中縱向撕裂占皮帶撕裂統(tǒng)計(jì)數(shù)的95%以上，說明皮帶撕裂以縱向撕裂為主，現(xiàn)針對(duì)皮帶縱向撕裂進(jìn)行分析。

1）運(yùn)輸機(jī)皮帶跑偏撕裂：在皮帶運(yùn)輸機(jī)正常運(yùn)行過程中，皮帶應(yīng)處于皮帶機(jī)架中軸位置，若出現(xiàn)皮帶跑偏，則會(huì)導(dǎo)致皮帶在跑偏側(cè)折疊堆積，在不均衡拉力作用下容易引起撕裂，這種撕裂一般只出現(xiàn)在跑偏側(cè)，不會(huì)出現(xiàn)在皮帶內(nèi)側(cè)。因皮帶跑偏引起的皮帶撕裂一般有預(yù)兆性，從跑偏到撕裂一般需要經(jīng)過較長時(shí)間，在進(jìn)行皮帶檢修和維護(hù)時(shí)即可發(fā)現(xiàn)。

2）縱向劃傷撕裂：皮帶縱向劃傷撕裂是較常見的皮帶撕裂現(xiàn)象，主要包括桿狀利器壓力劃傷和利器穿透劃傷兩種〔4〕。前者是指長桿利器尺寸過大，卡在皮帶溜槽底部，在皮帶向前驅(qū)動(dòng)力作用下劃傷皮帶；后者是指利器在存在一定高差位置上落下時(shí)，在勢(shì)能作用下尖端穿透皮帶并卡在托輥或者溜槽上，在皮帶向前運(yùn)行過程中劃裂皮帶，具體見圖1所示。

圖1 運(yùn)輸機(jī)皮帶縱向劃傷撕裂示意

3）皮帶抽芯撕裂：皮帶運(yùn)輸機(jī)在正常運(yùn)行過程，若受到大塊的矸石、金屬物料的猛烈沖擊，則可能會(huì)造成皮帶中的鋼芯斷裂，該部位在長期承載、磨壓、拉伸作用下會(huì)致使斷裂的鋼芯穿透皮帶二裸露在皮帶蓋膠外。若鋼芯裸露過長，則可能絞入托輥、機(jī)架、驅(qū)動(dòng)或轉(zhuǎn)向滾筒等部位，隨皮帶運(yùn)行而被抽出，致使皮帶出現(xiàn)撕裂。

2 皮帶撕裂檢測(cè)方法及原理

通過皮帶撕裂原因分析，皮帶發(fā)生撕裂之前，由于物料的卡壓和沖擊，皮帶受力會(huì)發(fā)生顯著變化；同時(shí)，皮帶發(fā)生撕裂時(shí)，皮帶在撕裂側(cè)會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力收縮，導(dǎo)致皮帶帶寬變窄。因此，可以從皮帶受力變化和帶寬變化兩個(gè)方面進(jìn)行皮帶撕裂檢測(cè)。

1）壓力監(jiān)測(cè)：在皮帶正常運(yùn)行過程中，皮帶受力較平衡，若皮帶受到異物沖擊或卡住時(shí)，則異物會(huì)帶給皮帶一個(gè)附加力。試驗(yàn)顯示，該附加力值即為刺穿皮帶所需力的大小，且該附加力能夠持續(xù)250～300ms。基于此分析，在皮帶托輥上安裝傳感器對(duì)皮帶受力情況進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)皮帶正常運(yùn)行時(shí)，傳感器顯示受力較平穩(wěn)，傳感器所顯示的受力為皮帶、托輥和煤體總重；當(dāng)皮帶出現(xiàn)撕裂時(shí)，傳感器顯示受力在附加力作用下瞬間增大，持續(xù)一段時(shí)間后逐漸消失，甚至受力值與皮帶、托輥和煤體總重相同。

2）帶寬監(jiān)測(cè)：在皮帶出現(xiàn)撕裂時(shí)，皮帶會(huì)因自重造成撕裂的皮帶兩邊出現(xiàn)重疊，致使帶寬減小。超聲波檢測(cè)是在不損壞物體的條件下實(shí)現(xiàn)檢測(cè)物質(zhì)表面和內(nèi)部質(zhì)量的一種手段，由于超聲波的傳播速率極快，縱向分辨率高，可適用于透明、半透明及漫反射性差的物體和黑暗、煙塵、有毒等惡劣環(huán)境，故可利用超聲波對(duì)皮帶帶寬進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。利用超聲波測(cè)量距離是利用超聲波在均勻物體內(nèi)不受頻率影響勻速傳播，然后根據(jù)超聲波傳播速度和通過時(shí)間計(jì)算超聲波通過距離。學(xué)者周福成〔5〕根據(jù)此原理，在溜槽前面皮帶一側(cè)正上方安裝一擋板用以超聲波返回，在另一側(cè)擋板正對(duì)應(yīng)位置安裝超聲波傳感器，由于皮帶帶寬是固定不變的，故可通過測(cè)量超聲波在皮帶間傳播所用的時(shí)間來計(jì)算帶寬，用計(jì)算所得的帶寬與正常皮帶帶寬相比較，即可掌握皮帶帶寬的變化（圖2）。

圖2 超聲波檢測(cè)皮帶帶寬變化工作原理示意

3 皮帶撕裂預(yù)防措施

根據(jù)運(yùn)輸機(jī)皮帶撕裂機(jī)理分析可知，皮帶撕裂主要由皮帶跑偏、異物沖擊和卡住、鋼芯抽出等原因引起。故可針對(duì)皮帶撕裂的具體原因采取有針對(duì)性的措施進(jìn)行預(yù)防，分析認(rèn)為這些措施的實(shí)施無外乎從設(shè)備安裝、操作管理和設(shè)備改造三個(gè)方面進(jìn)行。

1）設(shè)備安裝：嚴(yán)格按照皮帶輸送機(jī)各組件安裝順序進(jìn)行安裝，在安裝皮帶輸送機(jī)中間部分時(shí)要依照中線進(jìn)行施工，偏差保證在±50mm；保證各托輥齊全、運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，支架平直，無變形，螺栓齊全緊固；機(jī)頭傳動(dòng)裝置運(yùn)行平穩(wěn)，滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)正常，拉緊裝置可靠，皮帶受力均勻。安裝完畢后，嚴(yán)格按照驗(yàn)收規(guī)定進(jìn)行皮帶安裝驗(yàn)收，及時(shí)優(yōu)化皮帶運(yùn)輸狀態(tài)。

2）操作管理：對(duì)皮帶撕裂產(chǎn)生的原因應(yīng)熟悉和清除，及時(shí)消除能引起皮帶撕裂的各種隱患，加強(qiáng)皮帶運(yùn)輸機(jī)的檢修和維護(hù)力度；在皮帶檢修時(shí)，對(duì)皮帶上的大塊矸石、廢舊金屬、尖利物品及時(shí)進(jìn)行處理；加強(qiáng)輸送機(jī)維修工人業(yè)務(wù)培訓(xùn)，提高責(zé)任心教育和對(duì)皮帶突發(fā)事故的應(yīng)對(duì)能力，落實(shí)崗位責(zé)任制，使之樹立“與礦同發(fā)展”的責(zé)任理念。

3）設(shè)備改造：為了防止皮帶跑偏，從機(jī)尾至機(jī)頭每隔一定間距安設(shè)立滾和向心托輥組，立滾可阻擋皮帶跑偏，向心托輥組可促使皮帶在向心力的作用下處于機(jī)架中心。此外，防皮帶撕裂保護(hù)裝置也可以較好地預(yù)防皮帶撕裂現(xiàn)象的發(fā)生，常用的保護(hù)裝置有ZFA 型自動(dòng)接觸式保護(hù)器和JZB系列綜合保護(hù)裝置：ZFA 型保護(hù)器安裝在導(dǎo)料槽前方，在導(dǎo)料槽若出現(xiàn)卡堵時(shí)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，同時(shí)皮帶自動(dòng)停機(jī)，這樣對(duì)皮帶形成有效保護(hù)；JZB系列保護(hù)裝置安裝在運(yùn)輸機(jī)落煤口處，當(dāng)落煤口出現(xiàn)異物堵塞時(shí)，異物會(huì)對(duì)皮帶施加附加壓力，當(dāng)附加壓力超過警戒值后，該保護(hù)裝置啟動(dòng)，使運(yùn)輸機(jī)停機(jī)，從而對(duì)皮帶撕裂起到了提前預(yù)防作用。

4 結(jié)語

煤礦皮帶撕裂往往會(huì)造成嚴(yán)重的運(yùn)輸事故，皮帶檢修工應(yīng)熟悉皮帶撕裂發(fā)生的原因和機(jī)理，并采取有針對(duì)性的措施進(jìn)行預(yù)防。皮帶撕裂往往具有突發(fā)性，應(yīng)從多方面對(duì)皮帶撕裂進(jìn)行控制，在加強(qiáng)皮帶檢修力度的同時(shí)，提高維修人員業(yè)務(wù)綜合素質(zhì)；另外，應(yīng)充分借助先進(jìn)科技完善皮帶監(jiān)控系統(tǒng)，投入先進(jìn)的防撕裂保護(hù)裝置對(duì)皮帶進(jìn)行預(yù)保護(hù)，這樣可以最大程度的降低皮帶撕裂事故率。

〔1〕顧 凱，陳 偉，汪大春.輸煤皮帶機(jī)皮帶撕裂檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)〔J〕.設(shè)備管理與維修，2010，（5）：34-37.

〔2〕安懷春.輸煤皮帶撕裂典型案例分析及預(yù)防〔J〕.河南科技，2013，（12）：74-75.

〔3〕周德維.一種防止運(yùn)輸皮帶縱向撕裂檢測(cè)方法〔J〕.港口科技，2011，（4）：27-30.

〔4〕張 敏.淺談皮帶撕裂的成因及預(yù)防〔J〕.價(jià)值工程，2012，（15）：295-296.

〔5〕周福成.火電廠輸煤皮帶防撕裂裝置的研究〔D〕.北京：華北電力大學(xué)，2004.