對礦用膠帶輸送機的優化與改進

董 華

（蒲縣應急管理局， 山西 臨汾 041200）

1 膠帶運輸機改進的意義

膠帶運輸機又稱帶式輸送機，由于其能夠滿足較小空間內持續性大范圍運輸任務，因此廣泛使用于煤礦井下生產過程中。然而，在某些特定的情況下進行運輸任務時，需要膠帶輸送機長時間連續作業，這種情況容易使設備發生跑偏故障，嚴重時甚至會導致斷帶事故的發生，對于某些傾角較大的斜井尤為明顯。相對于跑偏，斷帶事故發生的概率較小，但是其危害更大。一方面，斜井本身有重力的影響，傾斜的坡度會導致設備損壞時產生嚴重的連帶損傷。另一方面，在較差的地質條件下，對機械的維修又提出了更高的要求[1]。在此背景下，對膠帶運輸機的斷帶保護以及張緊保護已經被大多數煤礦企業列入安全生產制度中。因此，對現有的膠帶運輸機的改進具有以下幾點意義：

1）保證井下作業工人的人身安全。假如發生斷帶事故，在沒有任何防護措施的情況下，斷開的皮帶很有可能對運輸線周圍的工人造成傷害。

2）減少故障發生后設備的損傷程度。如果發生跑偏或斷帶事故，由于整條運輸線是一個整體的受力，所以破壞會涉及整條膠帶運輸機的工作面，對生產帶來長時間的影響。以某公司下屬某礦為例，在2002年發生兩次斷帶事故，膠帶下落至300 m處，沿途支架50以上損毀，恢復生產共出動48名工人，耗時100 h，對企業帶來直接和間接損失共計200萬元。

2 膠帶運輸機皮帶跑偏原因分析

2.1 物料污染

在井下礦用膠帶運輸機運行過程中，設備處于持續高速運轉，巖壁上各類礦石碎屑飛落。一方面，黏附在膠帶表面或背面的雜物會影響其表面張力，使得膠帶往外側移動，縮短使用壽命，長期下去造成某些零件失效。另一方面，其他部位飛崩的石塊對膠帶運輸機底部托錕造成物體打擊，使得底座受力不均勻，加劇該部位的磨損[2]。

2.2 機械缺陷

對經常發生故障的生產線進行事故記錄，發現機械缺陷占據了主要因素，可分為兩類情況：第一類情況是設備安裝問題，部分托錕安裝失誤，運輸機在負狀態工況下持續運行，長期以往變會發生故障；另一種情況是螺栓失效，一側或兩側螺栓失效后，支架失去原有的支撐束縛作用，固定在主臂上的螺栓松動后，連接作用減弱，受力側支架受控減弱，在強大的載荷下發生位移，受力方式和受力點均發生改變，與本身設計相差較大，使零件產生疲勞甚至毀壞失效。此外，在大傾角工作面下，常見設計缺少防滑部分，因此設備在使用過程中受重力作用自然傾斜。

2.3 管理不到位

對資料進行檢查后發現，其在管理上也存在很大的漏洞。首先，缺少對設備運到后的進場檢查，交付時直接簽收，導致安裝時出現托錕部分不匹配，使機械長期在不良工況下運行。其次，井下設備檢查制度不完善，檢查周期過長，不符合設備的勞損周期，因此，需要根據井下膠帶運輸機的故障記錄確定檢修時間間隔[3]。

3 機械改進

3.1 改進原理

結合上述分析，對礦用新式膠帶輸送機的改進需要從機械本身入手，設備需要滿足一定的跑偏恢復性，即皮帶發生位移后能夠自發矯正的功能，同時，設備本身能夠在發生斷帶時保持整條皮帶的完整性?；诖怂悸?，對膠帶輸送機進行，如下頁圖1所示改進。

圖1 膠帶運輸機改進

如圖1所示，將原托錕兩側增加傾斜托錕，這就使得膠帶運輸機中心位置摩擦力不變，兩側受重力作用向中間移動。這樣的設計能夠保證當皮帶跑偏后，通過重力自身作用力將其帶回原位置，獲得自動矯正皮帶的能力。與此同時，兩端皮帶和滾筒間存在一定的空隙，不利于夾帶雜物，更方便落下的石塊和其他碎屑自然下落，減少了對皮帶和托錕的損傷。

此外，加設楔塊式斷帶保護裝置，建議根據井下皮帶的運輸量，在一定的空間間隔下安裝，當發生斷帶事故后，在極短的時間內閘塊落下，夾緊斷裂的皮帶兩側，保持整條皮帶的張緊，對設備和人員產生保護作用。其發生作用原理為：當膠帶輸送機正常運行時，其左右兩側閘塊與皮帶運行方向相同，內部受力彈簧處于壓縮狀態，閘塊與膠帶保持10 mm懸空。當膠帶運輸機發生斷帶事故后，斷帶部位皮帶失去張力，對托錕的摩擦力迅速變小，必有一側托錕在失去膠帶摩擦力后反向旋轉，撥動如圖所示6位置的撥板，觸發托錕，彈簧頂出制動梁，閘口落下，將皮帶夾緊，斷帶保護生效。

3.2 改進后特點

1）無需增加新的動力來源。防跑偏改進，依賴于設備本身重力，對皮帶的位移產生約束力，起到減少跑偏位移的作用。斷帶保護改進，制動力來源為觸發托錕內側彈簧，觸發條件為托錕反轉時撥動撥板，也不需要新的動力。避免了加設新路和元件，保證了膠帶運輸機結構上的緊湊性[4]。

2）對皮帶損傷小。制動閘與膠帶接觸面積足夠大，在斷帶的瞬間對皮帶夾緊時損傷小，同時在大面積制動閘下，保證煤礦不會卡塞。

4 未來研究方向

客觀地說，改進還存在一定的瑕疵。比如在設計方面，膠帶的斷帶保護機制觸發條件為托錕反向旋轉時，頂出制動彈簧，夾片夾住皮帶。這樣設計帶來的問題是，在膠帶運輸機需要反向運行時，必須提前將所有保護彈簧重置方向，在這種情況下，斷帶保護的觸發機制成為影響生產的不利條件，需要對設備轉向進行進一步的優化。因此，未來的研究方向為整體重置方向聯動裝置，只需一個開關，就能使得所有的觸發托錕轉向。