煤礦主斜井帶式輸送機制動裝置技術改造

馬 龍

（同煤集團馬道頭煤業有限責任公司通風區， 山西 大同 037000）

引言

我國早期礦井多數采用GD鋼絲牽引帶式輸送機進行作業，這些礦井都具備輸送量大、輸送距離超長、傾角大的特點，制動裝置在作業過程中不斷受動載荷沖擊，時常會出現下滑現象。造成這一現象主要原因為多數輸送機的制動裝置未滿足《煤礦安全規程》中對其制定的安全技術要求，存在極大安全隱患，因此應對其進行改造。

1 制動力矩影響因素

圖1為膠帶輸送機廣泛采用的盤型制動裝置器中的單只盤型制動器示意圖，現假設制動器正處于理想作業狀態。

圖1 單只盤型制動器示意圖

當P達到最大油壓Pmax時，蝶形彈框承受最大壓縮量，閘瓦與制動輪處于最大間隙、完全松閘狀態，油壓和彈簧力處于平衡，如式（1）：

式中：A為制動油缸當中的有效面積，K為彈簧剛度，Xmax為碟形彈簧最大壓縮量。

當油壓達到完全制動油壓（系統殘壓），碟形彈簧壓縮量處于最小狀態，閘瓦、制動輪無間隙接觸，產生最大制動力Fmax如式（2）：

式中：Xmin為碟形彈簧最小壓縮量，Pc為系統的殘壓。

當油壓P在Pc≤P≤Pmax進行變化，同時蝶形彈簧壓縮量X變化于Xmin≤X≤Xmax時，制動力式（3）：

為確保制動器無附加變形現象，且主軸無附加軸向力，通常情況下會成對使用盤型制動器，在同一圓周上對稱分布。在設置n副副制動情況下，盤型制動器最大制動力矩Mmax如式（4）：

式中：n表示制動器副數，μ指閘瓦摩擦的系數，通常取 0.4，Ra表示平均摩擦半徑，將式（2）帶入式（4）可以得出式（5）：

對式（5）分析可以得出，盤型制動器所產生的最大制動力矩同制動器的摩擦系數、摩擦半徑以及制動器副數成正比關系，同蝶形彈簧剛度為正相關。

2 主斜井帶式輸送機改造策略

以同煤集團馬道頭煤礦為例。該礦井采用的GD鋼絲繩牽引帶式輸送機安裝于1996年，拖動電機為40 kW雙電機，350 t/h輸送量、1 125人/h，膠帶總長1 652m，14°26'傾角。該礦井運輸距離長，輸送機的制動力矩、最大靜張力差在閘輪上發生的力矩比值為1.72，《煤礦安全規程規定》中明確指出該系數必大于2且小于3，因此該輸送機不符合規定，一旦在生產作業中出現操作不當，極易造成嚴重事故。

2.1 增加盤型制動裝置副數

以式（5）最大制動力矩公式為依據，對制動裝置制動器副數n進行增加，將現有制動盤上副制動器×4增加到副制動器×6，兩個制動盤一共增加4副制動器，使制動裝置總體達到12副制動器。改裝為螺栓連接結構形式，將原本每個閘樁安裝的2副制動器增加到3副制動氣，具體改造圖如下頁圖2所示。

2.2 增加制動盤和閘瓦的接觸面積

將制動盤和閘瓦的接觸面積增大，能夠有效減少制動盤、閘瓦接觸比壓，從而降低閘瓦的發熱量，有效改善閘瓦工作狀態，并將其使用壽命有效延長。

圖2 盤形制動閘改造示意圖

2.3 改造蝶形彈簧

更換原有的碟形彈簧，增加碟形彈簧的剛度，將力矩提高。

2.4 反向安裝閘瓦磨損開關

圖3為原閘瓦磨損行程開關。

圖3 原有閘瓦磨開關示意圖

原有閘瓦的模塑開關行程短，等瞬間開啟壓力增大時，閘瓦磨損開關容易被制動閘塊頂壞，倘若將行程調整過大，容易造成磨損開關誤動作現象，同時誤動作后，確定故障點工序較為繁瑣，需要將24個閘瓦開關依次進行檢查，耗費大量人力，嚴重影響生產效率。因此最佳解決方式是反向安裝原閘瓦磨損開關，改造圖如圖4。

經過改造后的閘瓦磨損行程開關，有效避免了閘塊在開啟瞬間頂壞磨損開關現象，同時在閘瓦上固定行程板，隨著制動閘塊向著制動輪方向運動，讓閘瓦磨損開關動作真實反映出閘瓦磨損的情況。

3 技術改造操作步驟、關鍵要點、創新點

3.1 操作步驟

1）對閘樁供油管路逐個拆除，拆下地腳螺栓后，將機座上的閘樁調離，進行機座找平工作。

2）將新閘樁吊于機座上方，找正后逐個放下。3）對制動器上供油管路進行逐個安裝。

4）將閘瓦磨損開關反向安裝，在閘瓦上加裝、固定行程板，調整閘瓦的間隙。

圖4 反向安裝閘瓦磨損開關示意圖

5）停車狀態下反復進行開閘、合閘動作試驗，并在過程中進行間隙調整。

3.2 改造操作關鍵要點

1）將地腳螺栓進行固定后，須確保制動輪與每副閘瓦緊密、均勻貼合，安裝期間嚴格控制制動盤中心線、地腳螺栓中心線、制動閘盤中心線的相對高度。

2）每副新增制動閘制動半徑須保持一致，精確閘瓦之間的相對高度。

3）試運行期間，輸送機各項參數調配：閘瓦間隙為 1.25mm，油壓為 5.6～6.3MPa。

3.3 改造后的測試、計算

等效最大制動力矩法，對皮帶輸送機進行制動力矩實測，同時利用張力傳感器在切線方向上進行最大張力測試，所產生的最大制力矩如式（6）：

式（6） 中：M1代表實測制動力矩，kN·m；F1表示 1閘、2閘的制動力，實測29.3 kN；F2表示3閘、4閘的制動力，實測31.8 kN；F3表示5閘、6閘的制動力，實測40 kN；F4表示7閘、8閘的制動力，實測31.5 kN；F5表示 9閘、10閘的制動力，實測 36.1 kN；F6表示11閘、12閘的制動力，實測48.1 kN；F01表示完全敞閘狀態，滾筒上系統作用的阻力折算到左閘樁中每一個閘盤的動力平均值，8.2 kN；F7表示13閘、14閘的制動力，實測44.3 kN；F8表示15閘、16閘的制動力，實測72 kN；F9表示17閘、18閘的制動力，實測72.6 kN；F10表示19閘、20閘的制動力，實測72.8 kN；F11表示 21閘、22閘的制動力，實測 53.5 kN；F12表示23閘、24閘的制動力，實測70.7 kN；F02表示完全敞閘狀態下，滾筒上阻力折算到右側閘樁中每個閘盤上的動力平均值，8.1 kN。

帶入數據計算得實測制動力矩M1=775.6 kN·m。

3.4 技術改造創新點

1）將傳統的焊接結構采用螺栓連接形式代替、便于進行部件的拆卸、更換工作。

2）在供油管理上增設了截止閥，便于對部件、閘進行測試。

3）在閘瓦上加裝了行程板，有效避免閘瓦磨損開關誤動作以及開啟瞬間被閘塊頂壞的現象。

4 結語

經過改造的主斜井所采用的GD帶式輸送機，在有效提高帶式輸送機作業效率、提高礦井生產能力的同時，為安全生產提供了良好保障，在采集作業中取得了十分顯著的經濟效益。