井下帶式輸送機糾偏裝置的設計與應用

倪 帥

（陽泉煤業集團有限責任公司一礦， 山西 陽泉 045000）

引言

井下帶式輸送機作為煤炭、礦石開采過程中極其重要的運輸裝置，不僅輸送能力大、運輸距離遠、工作平穩可靠、運輸效率高，而且結構組成簡單、電能消耗低、安裝調試方便和日常維護維修、應用環境要求較低等，近年來在礦山開采領域得到了廣泛的應用[1-4]。陽煤一礦井下北翼主皮帶承擔著礦井內一半以上的運輸任務，輸送機能否穩定運行直接關系著整個礦山的經濟效益，備受各級領導的關注。但是該帶式輸送機在運行過程中受到井下地壓差異、粉塵、腐蝕等惡劣環境的影響，經常出現輸送帶跑偏的問題，導致輸送帶磨損，并且跑偏問題越嚴重，磨損越劇烈，同時也會引發輸送機側輥和托輥的磨損、礦石的散落、輸送帶破裂等問題[5-6]。為了保證井下帶式輸送帶能夠連續可靠運行，避免生產過程中出現跑偏問題，設計可靠的輸送帶糾正裝置具有重要的意義。

1 井下帶式輸送機的組成及跑偏原因

井下帶式輸送機的組成部件包括輸送帶、驅動裝置、制動裝置等，其中輸送帶不僅需要承受礦石的重量或沖擊，而且還為礦石的連續輸送提供牽引力，可謂是整個輸送機能否正常穩定運行的關鍵部件。跑偏問題的原因極其復雜，涉及的影響因素較多，追究其根本原因都是輸送帶運行過程中承受了不均勻載荷。井下帶式輸送機輸送帶承受不均勻載荷的原因如下：輸送帶質量存在問題，其中接頭不正會導致輸送帶在連續運轉過程中出現跑偏問題，表現在以下兩個方面：第一是輸送帶制造過程中內部各個抗拉體之間的預應力不一致，導致輸送帶本身扭曲不直或者應力不均等，連續運轉過程中就會出現橫向力作用，第二是輸送帶接頭與整個輸送機的運動方向中線未垂直，也會導致輸送帶的跑偏；輸送機機架安裝質量存在水平方向偏差，導致滾筒、托輥中心線與輸送帶中心線錯位，出現輸送帶跑偏問題，機架豎直方向偏差也會導致輸送帶跑偏問題；傳動滾筒加工質量存在偏差也會出現輸送帶跑偏問題；井下帶式輸送機運行過程中的偏載也是出現跑偏問題的主要原因。

2 常規跑偏問題的處理措施

輸送帶跑偏問題預防措施主要涉及兩種，一是主動防跑偏，即嚴格執行設備說明要求進行集成調試和維護保養，使輸送帶工作中保持在可控的范圍；二是被動防范，采用防跑偏裝置對輸送帶進行約束控制。目前輸送帶跑偏問題的糾正大多采用調心托輥，其實現糾偏的機理主要依靠輸送帶跑偏對側輥產生較大的摩擦力，帶動調心輥子滾動，為輸送帶提供糾偏所需的反向力，推動輸送帶復位，沿縱向中心線繼續運轉。該方法對于輸送帶能夠起到糾偏效果，但是穩定性較差，無形中也增加了輸送帶的運行阻力，增加了輸送機的能源消耗。調心托輥糾偏裝置如圖1所示。

圖1 調心托輥糾偏裝置

3 新型糾偏裝置關鍵部件的設計

3.1 結構特點和動作原理

新型糾偏裝置的結構組成包括檢驅輪組件、復合油泵、調心托輥、集成梁和液壓缸等，具體結構的裝配關系見下頁圖2。其中檢驅輪是在輸送帶出現跑偏時，由輸送帶邊緣帶動其旋轉為復合油泵提供動力；復合油泵產生高壓油推動液壓缸運行；調心托輥固定在調心托輥架上，調心托輥架與機架之間可以轉動；集成梁主要支撐上述各個組件，保證各就其位，正常運行，互不干涉；液壓缸的作用主要是為調心托輥架的旋轉提供動力，使調心托輥與輸送帶之間產生糾偏力糾正輸送帶的跑偏問題。

糾偏裝置的動作原理如下：井下帶式輸送機在運行過程當中，一旦輸送帶出現跑偏就會與跑偏一側的檢驅輪接觸，在摩擦力的作用下帶動檢驅輪旋轉，進而驅動糾偏裝置中的復合油泵。復合油泵將高壓油輸送至液壓缸進而驅動調心托輥架旋轉，帶動調心托輥旋轉產生糾偏力，用于輸送帶跑偏問題的糾正。當輸送帶縱向中心線與輸送機運行方向中心線重合時，輸送帶邊緣脫離檢驅輪，液壓系統停止工作，糾偏裝置恢復至初始狀態。

圖2 糾偏裝置示意圖

3.2 新型糾偏裝置中液壓系統的設計

糾偏裝置液壓控制原理如圖3所示，該裝置主要由1個單桿腔液壓缸、1個三位五通換向閥、2個溢流閥、2個復合油泵組成。輸送帶未跑偏時，三位五通閥處于中位，兩個液壓缸均不工作。當輸送帶向左跑偏時，輸送帶左邊緣與檢驅輪接觸使其旋轉，驅動復合油泵輸出液壓油，首先使三位五通換向閥克服彈簧阻力右移，左位工作，將高壓油輸入液壓缸無桿腔內，活塞桿伸出推動調心托輥架偏轉一定角度，調心托輥產生向右的糾偏力，推動輸送帶重新回到運動中心位置。當輸送帶向右跑偏時，輸送帶右邊緣與檢驅輪接觸使其旋轉，驅動復合油泵輸出液壓油，首先使三位五通換向閥克服彈簧阻力左移，右位工作，將高壓油輸入液壓缸有桿腔內，活塞桿縮回拉動調心托輥架偏轉一定角度，調心托輥產生向左的糾偏力，推動輸送帶重新回到運動中心位置。

圖3 液壓系統工作原理示意

3.3 新型糾偏裝置中關鍵件的選型設計

3.3.1 液壓缸

液壓缸是機械結構中實現直線往復運動較為常用的元件，其在傳遞運動過程中不需要連接減速器等裝置，結構緊湊、運動無間隙、精度較高。根據井下帶式輸送機調心輥子支架旋轉阻力，確定液壓缸的型號為HOB型法蘭式拉桿液壓缸，如圖4所示，具體規格尺寸如下：缸徑為Φ40 mm、桿徑為Φ25 mm、法蘭連接螺栓為M12 mm、端頭連接螺紋為M22 mm×1.5 mm、推力1.8 t，能夠滿足輸送帶糾偏裝置的設計要求。

圖4 HOB型法蘭式拉桿液壓缸

3.3.2 復合油泵

復合油泵的突出特點是不需要設置外部液壓油箱，應用液壓油路內部的液壓油即可實現液壓油的流動，結構極為緊湊，大大提高了結構的環境適應性，降低了裝置的維護成本，避免了因為液壓油的泄露導致周圍環境的污染。此處復合油泵如圖5所示，型號選擇為CBS-D系列，其額定輸出壓力為10 MPa，轉速范圍0～1 200 r/min，滿足新型糾偏裝置的要求。

圖5 復合油泵

4 應用效果

為了驗證新型糾偏裝置的應用效果，在陽煤一礦礦井下15號煤北翼主皮帶使用了該裝置近半年的時間，跟蹤觀察發現輸送機工作過程中輸送帶跑偏的問題得到了有效的改善，大大提高了井下帶式輸送機運行的可靠性。與此同時也降低了井下帶式輸送機維修人員的勞動強度，延長了輸送帶的使用壽命，提高了井下帶式輸送機的運輸效率。新型糾偏裝置的使用還增強了井下帶式輸送機適應惡劣工作環境的能力，極大地提高了企業的經濟效益。