礦用帶式輸送機的改進設計

文/郝冬冬

進入現代化社會以來，我國工業化建設進程不斷加快，對各種礦產資源的需求量不斷提高。礦用帶式輸送機是煤礦生產中的一個重要設備，其主要作用為在井下輸送物料。在復雜、惡劣的井下環境中，帶式輸送機容易出現故障、損壞問題，為保障帶式輸送機的長期、穩定、安全運行，必須開展改進設計。

1 礦用帶式輸送機傳送帶選材方面的改進設計

目前，礦用帶式輸送機多使用的是由柔性材料制作而成的傳送帶，如鋼絲繩芯、織物層芯等。鋼絲繩芯為微細鋼絲，具有良好的柔性特征，延伸率較小、縱向抗拉強度較高。織物層芯又以整體編織織物層芯最為常用，分層織物層芯次之，整體編織織物層芯具有柔韌性高、強度高的優勢，但在伸長率較大的時候容易發生跑偏。

鋼絲繩芯材質的傳送帶，經過長時間運轉后會出現一定程度的磨損，導致鋼絲繩芯露出，受到空氣中水氣、氧氣的影響，鋼絲繩芯容易發生氧化，導致磨損加劇，最終發生疲勞磨損甚至是斷裂。對礦用帶式輸送機的傳送帶進行優化改進設計，可選擇整芯皮帶，其不管是強度、韌性、耐磨性，還是抗疲勞性，均比鋼絲繩芯較好。

2 礦用帶式輸送機液壓拉緊系統方面的改進設計

2.1 常見拉緊方式

目前，礦用帶式輸送機多采取移動式、固定式的拉緊方式。重力拉緊、絞車拉緊、自動拉緊均屬于移動式拉緊方式；鋼絲繩滾筒拉緊、螺旋拉緊均屬于固定式拉緊方式。重力拉緊方式是礦用帶式輸送機最常用的一種拉緊方式，其原理是借助重錘自重來實現自動拉緊，結構簡單，無需借助外界驅動力，任何工作情況下其拉緊力均恒定不變，對傳送帶的伸長可以達到自動補償的效果。重力拉緊方式的主要優勢在于可靠性較好，缺點在于其具有恒定不變的拉緊力，只能在較大的空間使用，無法在較小空間使用。固定絞車拉緊也是礦用帶式輸送機比較常用的一種拉緊方式，其原理是借助帶有蝸輪蝸桿減速器的小型絞車進行拉緊，蝸輪蝸桿減速器可以帶動纏繞著鋼繩的小滾筒，鋼繩連接著傳送帶，從而實現傳送帶的拉緊。固定絞車拉緊具有效率高、拉緊力較大的優勢，且可在較小的空間使用，缺點為可靠性較低，因為拉緊力無法自動調節，因此若是絞車或控制系統發生故障，便會導致拉緊力失效。

2.2 拉緊系統改進設計

對礦用帶式輸送機的上述各拉緊方式進行分析發現，其無法實現自動調節，長距離大負荷輸送機，經常會遇到傳送帶滑落的問題，對連續啟動、停車造成嚴重影響。基于此，可對拉緊系統實施改進處理，建立液壓自動拉緊系統。

圖1：液壓自動拉緊系統改進結構圖

對礦用帶式輸送機的運行過程進行分析，其在啟動的時候，需要對傳送帶實施較大拉緊力，帶式輸送機工作平穩后，再將傳送帶拉緊力調整到正常水平。帶式輸送機運轉過程中，隨著載荷的改變，拉緊力可自動調節，從而使拉緊力始終處于額定值。運行過程中隨著載荷的改變，傳送帶張緊力也在不停變化，容易導致傳送帶打滑、磨損加劇、斷裂。因此，應對傳送帶張緊力大小進行隨時調節。帶式輸送機運行中，傳送帶存儲、釋放的機械能量容易對滾筒造成損壞，為了改善這一現象，可以在拉緊裝置中添加一個蓄能器，從而使傳送帶拉緊力始終處于額定值，預防傳送帶的波動。如液壓自動拉緊系統改進結構圖（圖1）所示，這一改進是在固定絞車拉緊裝置基礎上進行的。在改進之后，電動機帶動定量泵向拉緊油缸前腔充油，油缸活塞桿產生拉緊力，拉緊力大小通過溢流閥進行控制。帶式輸送機處于正常運轉狀態下時，油泵電動機運行停止，這時便利用蓄能器對拉緊力進行穩定。若是系統壓力超出設定范圍，則由壓力繼電器對壓力值進行評估，從而對油泵電動機的實際運行狀態進行準確預測。

3 礦用帶式輸送機防爆變頻控制方面的改進設計

3.1 原理分析

防爆變頻控制主要是借助矢量控制方法，來將無極調速功能附加給電動機。帶式輸送機改進設計中，將速度傳感器安裝在驅動電機處，便可以對速度進行準確、可靠的調節。但是，眾所眾知，礦井環境十分惡劣，因此在安裝傳感器的時候往往會受到各種因素的影響而導致安裝難度較大，甚至會增加后期維護成本。面對這樣的情況，可以借助無速度傳感器等其他傳感器來取代速度傳感器，以對速度進行精準顯示。作為矢量控制元件的無速度傳感器，可以利用驅動電機將勵磁電流、轉矩電流等轉化為速度及轉矩參數，目前其在異步電動機中得到了越來越多的應用，并取得了理想的效果，即使是在工作頻率較低的時候，也可以進行高精度監測，具有較高的可靠性。在帶式輸送機改進設計中，設置ZJT 系列防爆變頻器，并將其當作核心控制元件，并采用兩部分的3300VD400A 模塊作為控制元件的電路系統，可達到兩倍轉矩啟動能力的效果，并可以實現運轉效率的提高，且能適應礦井內惡劣、復雜、多變的環境。

3.2 實際應用

對防爆變頻控制進行應用后，礦用帶式輸送機具備了如下特征：

3.2.1 軟啟動緩沖

防爆變頻控制的軟啟動功能，可使帶式輸送機能夠得到長期穩定運轉。防爆變頻控制下，可對帶式輸送機啟動、停車時候的速度、轉矩進行有效調節，還可以減少傳送帶對設備構件造成的沖擊載荷，并可以控制電流突變的時候對電網所帶來的沖擊。為預防過載的出現，帶式輸送機多使用柔性材料的傳送帶，傳送帶可儲存機械能，同時可利用變頻控制來對機械能的釋放實施有效控制。改進設計時，可使用S 型加減速啟動的方式，以更好地匹配傳送帶的這一性能，達到改善帶式輸送機啟動、停車緩沖效果的目的。

3.2.2 低頻重載下啟動

帶式輸送機的主要作用便是運輸物料，經常會遇到短時間內啟動或者是停車的情況。但這種情況會導致帶式輸送機出現明顯的應力變化，容易使傳送帶發生斷裂。所以，帶式輸送機應在空載狀態下啟動。應用防爆變頻控制之后，便可以在低頻重載下啟動，其原因在于受到無速度傳感器矢量控制的影響，低頻率運轉下帶式輸送機高轉矩啟動，縮短了帶式輸送機的啟動時間。

3.2.3 低速下檢驗傳送帶

隨著帶式輸送機運行時間的不斷增長，由于受到重載負荷作用的影響，傳送帶容易發生損壞，因此必須對傳送帶進行定期維護檢修。低速下傳送帶的檢查是一個重要環節。無極變頻調速下，便能長期在低俗情況下對傳送帶進行檢查維修。

3.2.4 調節功率平衡

對于大型帶式輸送機，需要配置多個電動機，以便于驅動。多個電動機間，為達到功率平衡的效果，應對其實施同步特定處理。當啟動、停車的時候，應盡量減小帶式輸送機各電動機相互響應的時間差，若是一臺電動機發生故障問題，也不可對其他電動機的運行造成影響。防爆變頻控制下，可對變頻器速度進行定義、控制，調節各電動機的速度差，為各電動機電流特性的調節提供了極大的便利，從而能夠使其達到平衡狀態。

3.3 改進設計

充分考慮礦井實際生產環境，可以對防爆變頻控制實施優化改進。

（1）對減速器、驅動處電動機實施優化改進。為了便于裝配，可以去除減速器、異步電動機間的液力耦合器，改用蛇形彈簧聯軸器，其彈性較好。同時，去除減速器的底盤，焊接固定電機座，然后用水泥澆筑、螺栓安裝，確保其固定良好。

（2）對電動機的選用實施優化改進。使用變頻異步三相電動機取代普通異步三相電動機，以實現電動機使用壽命、最大扭矩的提升。

4 結語

綜上所述，目前，礦用帶式輸送機在傳送帶選材、張緊結構、防爆變頻等方面還存在著一定的問題，必須在這三個方面開展改進設計，才能促進礦用帶式輸送機實際運行效率的提高。