井下皮帶機(jī)皮帶打滑原因分析及應(yīng)對(duì)措施探討

張 帥

（山西辰誠(chéng)建設(shè)工程有限公司， 山西 陽(yáng)泉 045000）

引言

井下皮帶機(jī)是煤炭正常生產(chǎn)及港口內(nèi)部運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不可或缺的運(yùn)輸機(jī)械，井下通過(guò)皮帶機(jī)將煤炭從翻車機(jī)運(yùn)輸至筒倉(cāng)或堆場(chǎng)，再結(jié)合取料機(jī)及活化給料機(jī)等將煤炭從筒倉(cāng)或堆場(chǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)至裝船機(jī)。然而在井下皮帶機(jī)運(yùn)行過(guò)程中皮帶打滑現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)，造成皮帶機(jī)在重載狀態(tài)下停機(jī)以及重載啟動(dòng)，加劇驅(qū)動(dòng)滾筒磨損的同時(shí)還不利于作業(yè)效率的提升。為此，必須深入分析造成井下皮帶機(jī)皮帶打滑的主要原因，并采取針對(duì)性強(qiáng)的治理措施，避免皮帶機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中發(fā)生打滑。

1 某礦井下皮帶機(jī)運(yùn)行概況

某煤礦井下皮帶機(jī)中心長(zhǎng)度510.65 m，帶寬1 600 mm，電機(jī)功率2×225 kW，額定配重10 t，煤炭輸送量設(shè)計(jì)值3 000 t/h，實(shí)際煤炭運(yùn)輸量最大僅為2 500 t/h。該皮帶機(jī)于2009 年投入運(yùn)行，在當(dāng)前運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生雨天打滑，且當(dāng)其實(shí)際載重量超過(guò)600 t/h 后皮帶打滑問(wèn)題更為嚴(yán)重，十分不利于輸煤系統(tǒng)正常出力及設(shè)備正常運(yùn)行。

2 皮帶機(jī)皮帶打滑原因分析

2.1 驅(qū)動(dòng)滾筒嚴(yán)重磨損

該礦井井下使用雙滾筒驅(qū)動(dòng)皮帶機(jī)將翻車機(jī)漏斗內(nèi)煤炭從井下17 m 深處提升至地面以上15 m 高度的轉(zhuǎn)接機(jī)房，這一過(guò)程中皮帶機(jī)爬坡角度13°。在皮帶機(jī)投運(yùn)初期，雙滾筒驅(qū)動(dòng)皮帶在任何運(yùn)行環(huán)境下發(fā)生打滑的可能性較小，但是機(jī)械使用時(shí)間超出8 年后，如果遇降雨或潮濕環(huán)境，因驅(qū)動(dòng)滾筒磨損嚴(yán)重而引發(fā)水滑，則皮帶必然打滑。正常運(yùn)行的皮帶因打滑而停運(yùn)后會(huì)快速下溜，這一過(guò)程中驅(qū)動(dòng)滾筒則繼續(xù)運(yùn)行，直到打滑信號(hào)出現(xiàn)后停運(yùn)；然而皮帶卻繼續(xù)下溜，皮帶上重載煤炭將大量堆積在尾部滾筒位置，直至皮帶無(wú)法繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。如此一來(lái)，皮帶出現(xiàn)跑偏、磨損、撕裂以及煤炭撐開滾筒護(hù)罩、導(dǎo)料槽的可能性非常大。即使皮帶未出現(xiàn)以上嚴(yán)重?fù)p傷，為使其恢復(fù)至正常運(yùn)行狀態(tài)，必須全部清除尾部滾筒堆積煤炭，使?jié)L筒護(hù)罩和導(dǎo)料槽功能徹底恢復(fù)后方可繼續(xù)運(yùn)行皮帶機(jī)。

2.2 皮帶機(jī)張力不足

該礦井井下堆料機(jī)、取料機(jī)等機(jī)械幾乎全部使用液壓張緊和機(jī)械鎖定方式，與配重張緊方式相比，液壓張緊方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、所用皮帶長(zhǎng)度短、滾筒節(jié)省、成本低。配重張緊方式下懸皮機(jī)構(gòu)所需滾筒數(shù)較多，而液壓張緊方式下因配重滾筒處皮帶長(zhǎng)度的節(jié)省，所需滾筒數(shù)僅為2 個(gè)。但是液壓張緊方式下因皮帶具備可拉伸性，長(zhǎng)期使用狀態(tài)下皮帶會(huì)變得松弛、張力減小甚至消失。根據(jù)公式計(jì)算，皮帶打滑時(shí)的摩擦力為井下皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒和皮帶間正壓力值與驅(qū)動(dòng)滾筒和皮帶間摩擦系數(shù)之乘積[1]，一旦其中的正壓力值減小，則打滑時(shí)的臨界摩擦力必將隨之降低，則皮帶更容易打滑。

2.3 驅(qū)動(dòng)滾筒摩擦系數(shù)減小

通常情況下井下皮帶機(jī)使用包膠橡膠驅(qū)動(dòng)滾筒，滾筒和皮帶均為橡膠材質(zhì)，摩擦系數(shù)不大，在既定張緊力下向驅(qū)動(dòng)滾筒所施加的摩擦力也較小，打滑現(xiàn)象很容易發(fā)生。從表1 所列不同運(yùn)行工況下不同材料驅(qū)動(dòng)滾筒表面和皮帶間摩擦系數(shù)不同取值可以看出，在任何工況下，陶瓷包膠驅(qū)動(dòng)滾筒表面和皮帶摩擦系數(shù)均較大。為此，在進(jìn)行井下皮帶機(jī)打滑治理時(shí)可以從驅(qū)動(dòng)滾筒材料的選擇方面加以考慮。

表1 皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒摩擦系數(shù)取值要求

對(duì)于排渣處所用排渣驅(qū)動(dòng)滾筒，材料為金屬材質(zhì)且表面無(wú)包膠，滾筒表面和皮帶摩擦系數(shù)及摩擦力均較小，發(fā)生滾筒皮帶跑偏的可能性較大。其他情況下，驅(qū)動(dòng)滾筒幾乎全部使用熱硫化包膠材質(zhì)，成本低廉且摩擦系數(shù)能符合皮帶機(jī)正常運(yùn)行所需。只有在極為惡劣的使用環(huán)境下才容易出現(xiàn)磨損、受力不均、打滑及皮帶跑偏。此外，熱硫化包膠驅(qū)動(dòng)滾筒在硫化處理過(guò)程中主要用到硫黃，會(huì)導(dǎo)致橡膠表面硬化，摩擦系數(shù)減小[2]，運(yùn)行時(shí)打滑，并加速滾筒和皮帶磨損。

3 皮帶機(jī)皮帶打滑應(yīng)對(duì)措施

3.1 驅(qū)動(dòng)滾筒嚴(yán)重磨損的應(yīng)對(duì)措施

在驅(qū)動(dòng)滾筒和皮帶間存在水膜的情況下打滑現(xiàn)象必然存在（具體見(jiàn)圖1），可以從兩個(gè)方面對(duì)因驅(qū)動(dòng)滾筒磨損嚴(yán)重而引發(fā)的皮帶水滑進(jìn)行治理：一方面，減小皮帶和滾筒間水膜厚度。可通過(guò)在皮帶、驅(qū)動(dòng)裝置上增設(shè)防水罩的措施減少或避免雨水降落至皮帶與滾筒結(jié)構(gòu)，在雨量較小時(shí)皮帶與滾筒均能保持干燥和較高的摩擦系數(shù)；而在雨量增大后可使皮帶與滾筒間水膜厚度大大減小，降低水滑發(fā)生的概率。此外，還可將清掃器增設(shè)在皮帶進(jìn)入滾筒處的前側(cè)，以清除皮帶表面的水膜。為提升效果，清掃器可以制作成V 字形，并憑借其結(jié)構(gòu)自重緊貼于皮帶材料表面，如果遇水膜，其便能將大量水膜刮除并引向皮帶外側(cè)。另一方面，在滾筒表面預(yù)留大寬度和大深度溝槽。在大風(fēng)大雨等環(huán)境下，雖然設(shè)置有防水罩和清掃器，但仍有不少雨水會(huì)流入皮帶和滾筒間隙。此時(shí)應(yīng)及時(shí)更換新的驅(qū)動(dòng)滾筒，因?yàn)樾聺L筒上有較深溝槽，殘余水膜可通過(guò)溝槽快速排出。為節(jié)省更換新溝槽的成本，可以考慮通過(guò)技術(shù)人員手持角磨機(jī)的人工方式加深溝槽，可使?jié)L筒壽命大大延長(zhǎng)，并節(jié)省更換新滾筒的成本。

圖1 皮帶機(jī)完全水滑現(xiàn)象簡(jiǎn)圖

3.2 皮帶機(jī)張力不足的應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)皮帶配重且張緊的井下皮帶機(jī)在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須加強(qiáng)配重質(zhì)量的計(jì)算與確定，結(jié)合正確的施工方法，保證配重及皮帶張力的穩(wěn)定，杜絕因皮帶張力變小而引發(fā)的打滑。具體而言，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)加強(qiáng)液壓張緊、機(jī)械鎖定等張緊方式的控制。此類張緊方式下皮帶張緊力會(huì)隨皮帶拉伸長(zhǎng)度的增大而急劇衰減，引發(fā)打滑。故應(yīng)在鎖緊螺母和固定基礎(chǔ)間增設(shè)四組倔強(qiáng)系數(shù)較大的碟簧結(jié)構(gòu)，并使其在60 kN 壓力下正常運(yùn)行，放松后常態(tài)下厚度在20 cm 左右。為保證皮帶機(jī)正壓力，避免引發(fā)驅(qū)動(dòng)滾筒打滑，應(yīng)將其皮帶張力設(shè)置為40 kN，驅(qū)動(dòng)滾筒所承受的力為80 kN，分配至驅(qū)動(dòng)滾筒張緊液壓油缸后各個(gè)油缸承力40 kN。結(jié)合皮帶機(jī)油缸選型計(jì)算，其油缸無(wú)桿腔壓力至少要達(dá)到7 MPa。

啟動(dòng)皮帶機(jī)后，隨著皮帶張力的增加，可以通過(guò)碟簧結(jié)構(gòu)的壓縮以使皮帶所承受沖擊力降低；在皮帶實(shí)際運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的情況下，碟簧結(jié)構(gòu)自動(dòng)伸長(zhǎng)，可補(bǔ)償皮帶在永久拉伸過(guò)程中的形變，抑制皮帶張力衰減，并起到減少皮帶打滑、降低滾筒和皮帶磨損的目的。

3.3 驅(qū)動(dòng)滾筒摩擦系數(shù)減小的應(yīng)對(duì)措施

采用陶瓷冷包膠技術(shù)進(jìn)行該煤礦井下皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒改進(jìn)，在進(jìn)行滾筒陶瓷冷包膠時(shí)，必須先清理原滾筒膠面殘留，打磨平整金屬表面后均勻涂抹冷硫化劑、金屬處理劑，包膠后壓實(shí)，靜置8～10 h 后便可正常使用。陶瓷冷包膠處理后滾筒表面和皮帶直接接觸摩擦力大大增加，打滑現(xiàn)象可得到有效遏制。

4 結(jié)語(yǔ)

打滑是井下皮帶機(jī)運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生的機(jī)械故障，實(shí)際操作過(guò)程中因操作失范、機(jī)械使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、運(yùn)行環(huán)境潮濕等原因均會(huì)造成皮帶打滑，加速皮帶和滾筒磨損，縮短機(jī)械使用壽命。在某煤礦井下皮帶機(jī)打滑治理措施實(shí)施后，滾筒和皮帶間摩擦系數(shù)增大，皮帶打滑問(wèn)題得到有效遏制，且在控制治理成本的基礎(chǔ)上使皮帶機(jī)運(yùn)行狀況及性能進(jìn)一步改善。