關于礦用帶式輸送機斷帶抓捕器的設計研究

程 帥

（霍州煤電集團汾河焦煤股份有限公司回坡底煤礦，山西 洪洞 041600）

0 引 言

隨著國家對煤礦資源的大量開采，越來越多的設備被應用到煤礦環境中，帶式輸送機作為煤礦開采過程中的重要設備，保證其具有較好的結構性能，對提高煤礦開采效率具有至關重要。皮帶作為帶式輸送機中的重要部件，其在運行過程中，經常發生磨損嚴重、開裂、斷裂等故障問題，事故一旦發生，將會對煤礦的開采率及井下作業安全造成嚴重威脅。因此，有必要在現有帶式輸送機上設計一套斷帶捕捉器裝置，主要負責對皮帶斷帶后進行快速抓捕，以此提高帶式輸送機的工作安全。

因此，在對帶式輸送機發生斷裂原因分析基礎上，通過分析斷帶抓捕器的結構組成特點及工作原理，開展了斷帶抓捕器的總體結構方案設計，并通過搭建試驗平臺，開展了斷帶抓捕器抓捕能力的試驗測試，測試結果表明，所設計的斷電捕捉器能快速對斷裂皮帶進行夾緊抓捕操作，整體具有較好的抓捕效果。該研究對提高帶式輸送機的作業安全具有重要作用。

1 帶式輸送機斷帶原因分析

帶式輸送機作為煤礦生產中的重要設備，目前，市場上的礦用帶式輸送機結構類型相對較多，但其結構基本都由機架、主動滾筒、皮帶、尾架、清掃裝置、電動機等組成。其在運轉過程中，會在皮帶與滾筒之間夾雜較多的煤渣，加上皮帶長時間處于高速運轉、長時間承載等狀態，導致皮帶出現了磨損嚴重、開裂及斷帶等故障問題，嚴重影響著皮帶的壽命。而造成皮帶斷裂的原因相對較多，主要包括如下幾點：

1）帶式輸送機上使用的皮帶未按照相關國家標準規定進行生產，存在一定的質量問題，加上后期長時間的運轉、承受較大的外界載荷力，導致了皮帶發生了斷裂故障；

2）帶式輸送機結構中的齒輪減速器在運轉過程中，其內部的旋轉軸可能會突然發生斷裂，造成皮帶間接發生了斷裂現象；

3）帶式輸送機中的皮帶主要采用硫化接頭方式進行連接。而在接頭連接時，未對連接所需的溫度、壓力等參數進行合理的控制，且連接工藝的不正確選擇，導致連接頭在長期運行過程中出現了較大裂紋、斷裂等故障；

4）帶式輸送機在運行時，經常會出現突然停車現象，此時會使皮帶突然承受著較大的載荷作用，當外界載荷較大并超過皮帶的承受能力時，最終使皮帶發生了斷裂現象；

5）皮帶運行過程中，其所運輸的煤炭重量時常會發生變化，存在煤炭分布不均勻現象，加上皮帶經常處于超載模式的工作狀態，致使皮帶因受力不均勻而出現了斷裂現象。

綜上分析，設計一套帶式輸機皮帶斷帶時的抓捕裝置，對解決帶式輸送機皮帶斷帶問題具有至關重要。

2 斷帶抓捕器工作原理分析

結合前文分析，為有效避免相關事故的發生，在帶式輸送機中安裝了不同數量的斷帶捕捉器，通過捕捉器中液壓機構施加捕捉力，在較短時間和較短距離內，實現對斷帶后皮帶的有效抓捕。該抓捕器結構相對復雜，且結構體積相對較小，主要由油缸、法蘭、傳感器支架、機架、移動楔塊等結構組成，其結構簡圖如圖1所示。抓捕器工作時，首先通過油缸支撐梁將缸筒進行固定，而活塞桿則穿過法蘭和油缸支撐梁，與移動楔塊進行連接，通過在機架上設計一定角度的傾角，可實現活塞桿的直線運動。同時，在整個結構中，將固定楔塊和移動楔塊進行固定，當皮帶發生斷帶時所產生的下滑力會通過兩個楔塊產生的摩擦力進行相互抵消，由此，實現對斷帶后皮帶的快速抓捕。

3 斷帶抓捕器總體結構方案設計

由于帶式輸送機在工作過程中，其下方的托琨與固定楔塊支架存在一定的距離，不存在接觸現象，由此，可使液壓缸中的活塞桿通過伸長或收縮運動，改變移動楔塊的位置，使其與皮帶進行快速分離。當皮帶發生斷裂時，活塞桿推動移動楔塊并與固定楔塊進行接觸，形成楔形自鎖機構，最終使皮帶在摩擦力作用下越拉越緊，實現對斷帶后皮帶的快速抓捕。因此，結合帶式輸送機抓捕器的結構特點和結構組成，參考現有帶式輸送機結構尺寸，利用PROE軟件，對斷帶捕捉器進行了整體結構設計，其結構包含了移動楔塊、輸送帶、固定楔塊、支架等部件，其整體結構方案簡圖如圖2所示。

圖2 帶式輸送機抓捕器整體結構簡圖

4 斷帶抓捕器試驗驗證

為進一步驗證帶式帶輸送斷帶抓捕器的綜合性能，結合建立的抓捕器整體結構方案，對該抓捕器進行了實際產品設計和實物生產，開展了斷帶抓捕器實物的試驗測試研究。所建立的試驗平臺包括了抓捕器結構、抓捕器液壓缸、輸送帶、旋轉編碼器，試驗平臺的結構簡圖如圖3所示。同時，在該試驗平臺中，配備了專門的液壓泵站、電控箱、斷帶拉力產生器、速度傳感器等裝配，通過斷帶拉力產生器對皮帶施加較大的拉力，通過速度傳感器對皮帶的運行速度進行檢測，由此完成了斷帶捕捉器試驗平臺的搭建。

圖3 帶式輸送機斷帶捕捉器試驗測試平臺

通過建立的抓捕器試驗平臺，對抓捕器在不同工作壓力條件下，測試了抓捕器的抓捕時間變化情況，開展了抓捕器的抓捕性能的試驗測試。通過測試可知，該抓捕器的整體抓捕性能相對較好，能快速實現對斷帶后皮帶的抓捕作用。同時，當皮帶在一定速度狀態下運行，隨著抓捕器的系統壓力的逐漸增大，抓捕器使皮帶停止運動的抓捕時間越短；在整個抓捕過程中，能有效實現對皮帶的抓捕作用，并保證了斷帶后的皮帶不對帶式輸送機產生一定的影響。據現場有經驗的帶式輸送機操作人員介紹，該抓捕器整體效果較好，對提高帶式輸送機的作業安全具有重要作用，得到了現場作業人員的一致認可，建立對抓捕器進行細微結構優化后，在帶式輸送機上進行推廣應用。

5 結 論

有效解決帶式輸送機皮帶運行過程中發生的結構斷裂問題，是當下提高帶式輸送機結構安全的重要改進內容。因此，首先對帶式輸送機發生斷裂的原因進行了分析，通過分析斷帶抓捕器的結構組成特點及工作原理，開展了斷帶抓捕器的總體結構方案設計，并通過搭建試驗平臺，開展了斷帶抓捕器抓捕能力的試驗測試，測試結果表明，所建立的斷電捕捉器能快速對斷裂皮帶進行夾緊抓捕操作，整體具有較好的抓捕效果，并得到操作人員的一致好評。該研究對提高帶式輸送機的作業安全具有重要作用。