井下氣動皮帶糾偏裝置設計

虞燕鋒

（西山煤電西曲礦， 山西 古交 030200）

引言

作為煤礦井下主要的運輸設備，皮帶運輸機在原煤的運輸過程中起著非常重要的作用，所以其安全穩定運行是煤礦安全高效生產的保障。由于煤礦井下情況復雜，環境惡劣，皮帶運輸機在使用過程中經常會發生各種各樣的問題，因此對皮帶進行全方位的維護和系統優化可有效減少和防止事故的出現。

1 皮帶跑偏的原因與后果

皮帶跑偏指的是皮帶在運行過程中出現偏離運輸機中心線的現象，產生這種情況的主要原因是輸送機機架的安裝和架設不合規范、上部運輸物料堆積不均衡、皮帶運行過程不合理、皮帶及機架不匹配等。其本質原因是因為皮帶在運行過程中受力不均衡導致上方向受力較大的部位偏移。

皮帶跑偏會對煤礦生產過程造成巨大的危害，例如：一是使上方運輸物造成翻轉掉落，可能產生摩擦起電發火等事故，嚴重時還會造成人員傷亡；二是皮帶跑偏后由于未按正常軌道運行，其跑偏部位就會出現嚴重磨損，導致強度嚴重降低，繼而出現斷帶等情況，產生巨大事故；三是跑偏后造成物料灑落，形成大量落煤，加大了工人的工作量和工作難度，而且此時皮帶驅動處受力不均勻，加大了設備的負荷，從而對其使用壽命產生很大影響[1]。

2 傳統糾偏裝置

為了防止皮帶運輸機出現皮帶跑偏等現象，皮帶機在其設計之初就安裝有糾偏裝置。當前常用的糾偏系統主要有電動推桿式、液壓驅動式及機械回轉式這三種[2]。電動推桿式系統需要電機或皮帶運行動力作為驅動動力源，其結構冗雜龐大，在井下復雜環境中很難有效使用，而且電控式需要額外增加電機等的防爆功能，大大增加了投入成本；液壓驅動式利用皮帶運行產生動力，優化了機電部分結構，但其設備造價很高，只在部分煤礦中進行了配備和應用；機械回轉式的原理是當皮帶發生跑偏現象時，其回轉托輥機架會根據皮帶偏轉的位置進行反向旋轉，從而糾正跑偏位置皮帶。此裝置結構較為簡單，但其穩定性很差。在目前的使用過程中發現其糾偏效果很一般，常不能有效將皮帶糾正回正確的位置，此外，當皮帶跑偏嚴重時，因為其糾偏效果很差，反而會影響皮帶運行的穩定性。因此，亟需設計出一種結構簡單，應用效果穩定優良的皮帶糾偏系統裝置。

3 氣動糾偏裝置

根據《國家煤礦安全規程》要求，我國煤礦必須建立壓風自救系統，且在間隔不超過200 m處必須安裝氣管接口。本文設計以井下常用的壓風管路系統作為動力，提供糾偏裝置的正常運行。本系統在運行時僅需在井下靜壓風管上接口處裝設三通閥門引出氣源，既保障了井下壓風系統的正常運行，又提供了皮帶糾偏系統的動力源。系統在運行過程中當皮帶出現跑偏現象時，氣動控制閥開啟，壓力氣驅動氣缸從而使皮帶歸位。本啟動糾偏裝置不需額外動力輸入，不使用電氣設備控制，結構簡單穩定，可實現自動糾偏功能，適用于煤礦井下的復雜環境，具有廣泛的推廣意義。

3.1 氣動糾偏工作原理

在氣動糾偏系統中托輥架和傳送皮帶架通過轉軸連接，當皮帶運行出現偏移時氣缸運行推動轉軸旋轉從而進行糾偏。如下頁圖1所示，在皮帶正常運行時，立輥和托輥架處于平衡的初始位置，在這種情況下，皮帶在皮帶架的中間位置運行，不會觸碰到立輥。

當皮帶出現跑偏時，皮帶與立輥接觸，皮帶推動立輥使立輥角度發生變化從而使立輥架的角度也隨之變化，此時立輥架和換向閥的位置出現偏移，使換向閥被驅動開啟，井下壓風管路中風流經過換向閥流入氣缸中，氣缸中活塞開始伸縮變化繼而回轉機架角度開始旋轉變化使運動跑偏的皮帶不斷調整角度回到初始狀態，如圖2所示?；剞D機架回復旋轉的作用就是使皮帶調整回初始位置，當跑偏皮帶位置被糾正后，立輥重新回到初始位置，換向閥也回復到原來的狀態，此時氣缸運動結束，回轉機架停止旋轉。

圖1 皮帶正常運行示意圖

本系統設計是根據設定的立輥旋轉角度對皮帶跑偏狀態進行確定，同時也根據立輥的旋轉角度進行開啟或關閉換向閥，進而對氣缸活塞運動的位移量進行調整，驅動回轉托輥架進行旋轉從而實現對皮帶的糾偏。氣動糾偏結構如圖3所示。

圖2 皮帶跑偏示意圖

圖3 氣動糾偏結構示意圖

3.2 糾偏裝置氣動結構設計

氣動糾偏系統裝置是與立輥聯結配合作用來實現皮帶的糾偏。正常煤礦井下常用的壓風系統氣壓一般為0.4～0.8 MPa，其驅動力完全可以驅動糾偏系統運行。對于部分地質條件和系統結構較為復雜，或風壓不穩定、波動變化大的煤礦則需要裝設增壓閥或穩壓閥來保障整個糾偏系統的穩定運行要求。由于壓風管路系統較為復雜且傳輸距離遠，其中風流由地面輸送至井下，而煤礦環境中煤塵等雜質較多，故在壓風管路與糾偏系統連接處的三通閥后需裝設氣體過濾器，且濾芯需保證每個月進行固定的維護和更換，以保障系統的正常運行，延長其使用壽命。此外，考慮到意外情況的發生，在糾偏系統風壓管路上裝設自動泄壓閥，將泄壓閥的臨界壓力值設置為1.2 MPa，如果系統出現故障或發生意外事件使壓力達到1.2 MPa以上時，泄壓閥自動開啟，氣體從泄壓閥排出實現降壓功能。在泄壓閥的氣體出口處連接設置警報鈴，當出現事故時，警報鈴響起，工人可及時發現并處理。泄壓閥自動泄壓后其進風管路壓力驟減，系統自動停止運行，避免了事故的發生。當跑偏皮帶糾正完成后，立輥恢復到正常運行位置，立輥架和換向閥亦復位，此時進氣管路中的氣缸中壓力和風管中氣體壓力相同，但排氣管處氣缸中已無壓力，這就使換向閥處于初始關閉位置，氣缸中活塞由于兩側壓力不同而仍會出現伸縮運動，導致已糾正的皮帶再次出現跑偏現象。針對此現象，為防止換向閥處于關閉位置時，氣缸中因壓力不平衡而再次運動，加裝了止回閥。止回閥的壓力預設根據氣缸的參數和井下實際的壓風系統壓力來確定，從而實現系統安全穩定運行[3-4]。氣動系統的工作原理如圖4所示。

圖4 氣動系統工作原理圖

4 結論

本井下氣動皮帶糾偏系統裝置是以井下常用的壓風管路中壓力風流作為原動力，無需考慮防爆要求。該裝置通過皮帶運行與立輥的相對位置來進行跑偏判斷，從而經過風壓驅動氣缸運行對跑偏處皮帶進行自動糾偏。本系統結構簡單，操作方便。試運行后運行穩定，效果良好，大大減少了運輸事故的發生，適用于我國各建立了壓風系統且風壓穩定大于0.4 MPa的礦井，具有良好的推廣意義。