帶式輸送機(jī)用斷帶保護(hù)裝置的研究與應(yīng)用

李鵬飛

（潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)公司，山西 長治 046000）

引言

近年來，得益于我國煤炭開采技術(shù)的不斷進(jìn)步使煤炭的產(chǎn)能不斷提高，膠帶輸送機(jī)成為煤炭開采中的核心技術(shù)裝備，隨著膠帶輸送機(jī)不斷向大功率、長距離、高帶速、大傾角和大運(yùn)量的方向發(fā)展［1］，一旦發(fā)生因逆止器失效或者斷帶而造成的逆轉(zhuǎn)事故，輕者會(huì)摧毀輸送帶機(jī)的機(jī)架、膠帶及所運(yùn)輸?shù)拿禾炕涠逊e至輸送機(jī)底部，致使巷道堵塞，造成長時(shí)間的停產(chǎn)，帶來重大的經(jīng)濟(jì)損失［2－3］。我國近年來帶式輸送機(jī)的斷帶問題已經(jīng)引起了人們的高度重視，除了積極預(yù)防，盡量避免斷帶事故的發(fā)生之外，最重要的是采取一定的保護(hù)措施，使當(dāng)發(fā)生斷帶事故時(shí)斷帶保護(hù)裝置能及時(shí)、可靠地制動(dòng)下滑的輸送帶，避免事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。

1 斷帶發(fā)生的原因

斷帶的原因［4，5］主要包括以下幾個(gè)方面：

1）輸送帶自身的質(zhì)量原因。輸送帶使用年限過長，輸送帶長時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)輸以及日常維護(hù)不到位都會(huì)造成斷帶事故的發(fā)生。

2）輸送帶接頭質(zhì)量存在問題。輸送帶的接頭主要包括硫化接頭和機(jī)械接頭，由于機(jī)械接頭的連接強(qiáng)度存在問題，所以現(xiàn)在主要使用的是硫化接頭，硫化接頭在加工時(shí)由于壓力、溫度等在硫化板上的布置不均勻，溫度控制不符合標(biāo)準(zhǔn)、保持時(shí)間或使用材料有問題、加工工藝不合理等，均會(huì)降低連接強(qiáng)度和使用壽命。

3）啟動(dòng)時(shí)輸送帶內(nèi)的應(yīng)力變化過大。輸送機(jī)在啟動(dòng)的過程中由于存在著動(dòng)張力，可能會(huì)使輸送帶內(nèi)的縱向張力超過輸送帶可承受的拉力范圍，造成輸送帶的撕裂。

4）載荷的突然變化。輸送機(jī)在運(yùn)行的過程中可能會(huì)卷入質(zhì)量較大的雜物或者其他因素，造成載荷的突變，引起斷帶事故的發(fā)生。

2 常用的斷帶保護(hù)裝置

目前常用的斷帶保護(hù)裝置主要包括以下幾種：

1）電控偏心輪式斷帶保護(hù)裝置。該裝置主要是采用了加裝了電控裝置的偏心輪機(jī)構(gòu)，主要是在斷帶事故發(fā)生時(shí)電控裝置控制偏心輪與皮帶接觸，利用輸送帶的下滑力使輸送帶制動(dòng)。具有結(jié)構(gòu)簡單、同步性好的優(yōu)點(diǎn)，但是也具有制動(dòng)力小、可靠性低的缺點(diǎn)。

2）使用阻尼板和單向托輥摩擦制動(dòng)。這種方法主要是利用全線摩擦制動(dòng)［6］的原理，位于上面的輸送帶主要通過依靠輸送帶和單向托輥之間的滑動(dòng)摩擦力來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，位于下方的輸送帶通過下垂時(shí)與阻尼板直接接觸發(fā)生滑動(dòng)摩擦產(chǎn)生的摩擦阻力來阻止下輸送帶的下滑。但是該制動(dòng)方式需要把輸送機(jī)全部的托輥換成單向托輥并且需要在全程鋪設(shè)阻尼板，改造費(fèi)用太過于高昂，因此很少使用。

3）楔塊式斷帶保護(hù)裝置。該型斷帶保護(hù)裝置主要是采用能產(chǎn)生自鎖的楔塊機(jī)構(gòu)，輸送帶發(fā)生斷帶事故時(shí)輸送帶將壓在觸發(fā)輥輪和楔形閘塊上，輸送帶下滑時(shí)的摩擦力帶動(dòng)觸發(fā)輥輪沿著軸座的長槽下滑，同時(shí)帶動(dòng)楔形閘塊動(dòng)作，在輸送帶的作用力下發(fā)生自鎖將輸送帶的空載邊夾緊在楔形閘塊與上閘塊之間，從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。具有結(jié)構(gòu)簡單、動(dòng)作靈活的優(yōu)點(diǎn)，但是也有同步性差容易對(duì)輸送帶造成二次傷害的缺點(diǎn)。

4）整體式斷帶保護(hù)裝置。該型斷帶保護(hù)裝置主要采用了整體設(shè)計(jì)、分體安裝的設(shè)計(jì)原則，其獨(dú)立于帶式輸送機(jī)，安裝方便靈活、避免了制動(dòng)時(shí)可能對(duì)輸送機(jī)機(jī)架造成的損壞［7］，整體式斷帶保護(hù)裝置具有抓捕力大（約為分散式抓捕裝置抓捕力的10倍）、動(dòng)作靈活可靠的優(yōu)點(diǎn)。

下面主要介紹的就是一種新型的整體式斷帶保護(hù)裝置。

3 全斷面液壓斷帶保護(hù)裝置

一種新型的帶式輸送機(jī)用斷帶保護(hù)裝置集機(jī)電液為一體，充分體現(xiàn)了液壓系統(tǒng)的優(yōu)越性，抓捕力大，傳動(dòng)穩(wěn)定，在抓捕的過程中不會(huì)對(duì)輸送帶造成二次傷害。其系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 全斷面液壓斷帶保護(hù)裝置系統(tǒng)示意圖

該全斷面液壓斷帶保護(hù)裝置主要包括制動(dòng)機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和斷帶信號(hào)采集系統(tǒng)等。其中，制動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由上抓捕機(jī)架和下抓捕機(jī)架等組成；液壓系統(tǒng)主要由液壓泵站、蓄能器、油管及執(zhí)行油缸等構(gòu)成。電氣控制系統(tǒng)主要由隔爆兼本質(zhì)安全型電控箱及內(nèi)部的電控設(shè)備構(gòu)成。斷帶信號(hào)采集系統(tǒng)主要由編碼器、信號(hào)采集器等構(gòu)成。

信號(hào)采集系統(tǒng)通過編碼器采集膠帶的運(yùn)行速度、運(yùn)行方向，通過傳感裝置來判定膠帶的張力和選垂度等來綜合判定輸送帶是否發(fā)生斷帶。該系統(tǒng)所使用的兩點(diǎn)式斷帶檢測方案、編碼器的布置如圖2所示。

圖2 雙編碼器斷帶檢測示意圖

在帶式輸送機(jī)運(yùn)行的過程中，電控系統(tǒng)通過不間斷的采集隨著輸送帶一同旋轉(zhuǎn)的編碼器輸出的信息，從而判斷輸送帶的運(yùn)行狀態(tài)。在發(fā)生斷帶后上輸送帶的運(yùn)行方向會(huì)發(fā)生變化，運(yùn)行的速度也是先向上逐漸減小到零然后再加速下滑，雖然下輸送帶在故障發(fā)生后的運(yùn)行方向不會(huì)發(fā)生變化，但是其運(yùn)行速度將會(huì)明顯的加快，因此通過比較3、4兩個(gè)編碼器的的速度值大小及運(yùn)行方向就可以判斷出輸送帶的運(yùn)行是否發(fā)生斷帶。

輸送機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，信號(hào)采集系統(tǒng)采集的信號(hào)顯示正常，電控箱不發(fā)出動(dòng)作處理信號(hào)，抓捕裝置不執(zhí)行抓捕動(dòng)作。輸送機(jī)一旦發(fā)生斷帶，編碼器和傳感器采集的輸送帶的各種信號(hào)將同時(shí)發(fā)生異常，信號(hào)采集系統(tǒng)把采集的信號(hào)傳送給電控系統(tǒng)，電控系統(tǒng)對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行綜合判斷處理，以便判明輸送帶是否發(fā)生斷帶事故。一旦電控系統(tǒng)判定為斷帶事故發(fā)生，則電控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)指令，首先切斷輸送機(jī)的動(dòng)力電源使輸送機(jī)因斷電而無動(dòng)力輸出；同時(shí)電液換向閥上電動(dòng)作，液壓系統(tǒng)中的壓力油快速進(jìn)入執(zhí)行油缸的無桿腔，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行抓捕的機(jī)構(gòu)完成抓捕動(dòng)作，抓捕楔塊通過強(qiáng)大的摩擦制動(dòng)迫使輸送帶停止下滑。

經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)可知該型斷帶保護(hù)裝置在執(zhí)行抓捕動(dòng)作的時(shí)候能夠在0.9s以內(nèi)完成對(duì)斷帶的抓捕，按照賀西礦主運(yùn)皮帶最大允許運(yùn)行速度4m／s計(jì)算從斷帶開始到抓捕結(jié)束輸送帶的滑動(dòng)距離不超過3.6m，抓捕時(shí)的抓捕力能夠達(dá)到400kN。

4 結(jié)語

通過對(duì)該型全斷面液壓斷帶保護(hù)裝置的研究，在總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究分析了上運(yùn)輸送帶及下運(yùn)輸送帶斷帶發(fā)生的原因及斷帶后膠帶的運(yùn)行特征。通過編碼器及信號(hào)采集傳感器的結(jié)合應(yīng)用提出了雙編碼器結(jié)合的全新的斷帶檢測方案，很好地解決了下運(yùn)帶式輸送機(jī)和上運(yùn)帶式輸送機(jī)斷帶檢測這一難點(diǎn)，提高了斷帶檢測的準(zhǔn)確性，防止了斷帶保護(hù)裝置的誤動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了輸送帶的全程斷帶檢測，保證了煤礦的安全生產(chǎn)。通過模擬實(shí)驗(yàn)與該斷帶保護(hù)裝置在余吾煤業(yè)的應(yīng)用來看，該型斷帶保護(hù)裝置能夠滿足安全生產(chǎn)的需求。

［1］ 張旭輝.一種新型電液控制型斷帶抓捕器的研制［J］.機(jī)床與液壓，2012（16）：1－3.

［2］ 陳旭昌.帶式輸送機(jī)斷帶分析及抓捕器的試驗(yàn)與應(yīng)用［J］.煤礦機(jī)械，2007（10）：180－181.

［3］ 田愛萍，羅建中.全斷面斷帶抓捕裝置設(shè)計(jì)研究［J］.煤礦機(jī)械，2012（11）：4－6.

［4］ 張晞，齊悅，賈強(qiáng).雙側(cè)旋轉(zhuǎn)式輸送帶斷帶捕捉裝置［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2009（6）：845－848.

［5］ 杜建偉，李軍霞.楔形斷帶抓捕裝置仿真及試驗(yàn)研究［J］.礦山機(jī)械，2014（2）：65－68.

［6］ 羅建中，陳輝.帶式輸送機(jī)全斷面斷帶捕捉器的研究［J］.礦山機(jī)械，2010（13）：64－67.

［7］ 楊起，王忠平.帶式輸送機(jī)斷帶保護(hù)技術(shù)與應(yīng)用［J］.煤礦機(jī)械，2010（4）：166－168.