新式断带抓捕装置的研究应用

栗少嵚

（神华准格尔能源公司，内蒙古 呼和浩特 010300）

新式断带抓捕装置的研究应用

栗少嵚

（神华准格尔能源公司，内蒙古 呼和浩特 010300）

针对输送带断裂事故，目前最主要的保护措施就是在输送机上安装断带保护装置。本装置能随时感受皮带张力变化，断带时皮带内的张力消失，平衡被打破，反转设施在重力作用下向下翻转到一定角度，上下架摩擦块夹紧皮带，利用皮带与摩擦块间的摩擦力的存在，皮带与摩擦块间形成自锁，从而把皮带牢牢夹住，可靠地制动下滑的胶带。

输送带；断带；抓捕

1 绪论

1.1 背景概述

带式输送机作为重要的运输设备被广泛地应用在煤矿行业生产连续运输的环节中，发挥着巨大的作用。随着煤矿向大型化矿井发展，越来越多大倾角、长距离、大负荷带式输送机得到使用，对于钢丝绳芯强力胶带，由于钢丝绳芯的锈蚀、断裂或因胶带硫化接头钢丝绳芯的抽动，造成横向断带事故。断带多发生在驱动滚筒附近和有较大变坡处的承载带上，一旦发生断带下滑或因逆止器失效造成的逆转事故，就会摧毁胶带机机架、损坏设备、堵塞运输巷道，破坏力极为惨重，造成长时间的停产及重大经济损失，甚至人员伤亡。为了煤矿的安全生产，带式输送机的横向断带保护问题引起煤矿行业的高度重视，并采取了一定的保护措施，当发生断带时保护装置能及时、可靠地制动下滑的胶带，避免引发恶性事故。

哈尔乌素矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗，北邻已建成的黑岱沟露天煤矿。生产工艺是地面运输为电动轮卡车和带式输送机，卡车由坑下运煤到破碎站，破碎站把粒度1 800～0mm的原煤破碎到200～0mm，再经胶带机转运到毛煤仓，到选煤厂洗选加工。胶带机参数如表1所示。

从表1看出，胶带机M14和M12提升高度超过60米。因此确保安全生产运行，断带保护尤为重要。

图1

表1 胶带机参数

造成输送带断带的原因主要有：

（1）高强皮带接头质量不好。主要是由于硫化接头时采用不合格的接头材料；硫化接头处环境条件差；。硫化工艺标准执行不严格；在局部硫化时，胶带接头若处于张紧状态，硫化加热时，橡胶软化，钢丝绳与橡胶层内会发生轻微抽动现象。

（2）胶带自身质量不过关，服务年限长造成质量下降，长时间超负荷运转，日常维护不到位，安装质量不佳，或者受到超强外力作用，都会使得胶带在其薄弱处断裂。

（3）钢丝芯胶带机管理问题：管理基础薄弱，没有严格按照规程管理；岗位责任制不落实，检查不细、不到位；异物突然进入皮带。

（4）设计不合理其他原因造成的胶带断裂。

带式输送机断带事故的预防十分必要，但断带事故的发生具有极大的突发性，即使上运带式输送机使用了钢丝绳芯实时监测装置检测到胶带发生断带报警停机，也不能阻止胶带的下滑造成的恶性事故。

带式输送机的安全保护设施是煤矿安全条例中重要的一环。《煤矿安全规程》第375条第7款规定：“钢丝绳芯带式输送机应设带式输送机断带保护装置”。因此，不断进行断带保护的技术研究，开发一种高效、稳定的断带抓捕器是很有必要的。

1.2 国内外技术现状

在国内外出现了机械式、液压式等断带保护装置或技术，主要有以下几种方式：

（1）偏心托辊式抓捕器

抓捕器（见图2）工作原理：正常运转时，偏心辊作为正常托辊使用，当出现断带事故反向下滑时，偏心辊则和上摩擦面实现断带的夹紧。

缺点：动作同步性差，制动面为线接触，抓捕面积小，传动机构易损坏，偏心辊参与运转易损坏，后期维护投入大，定期试验困难。

图2 偏心托辊式抓捕器

（2）整体式断带抓捕装置

抓捕装置（见图3）主要由机架总成、液压系统、电气控制系统、信号采集系统组成。

图3 整体式断带抓捕装置

特点：（1）整体设计、分体安装，独立于带式输送机。（2）制动方式上，全断面的面接触，抓捕力大。

缺点：布置组数小，对于千米井装3组则造成最少330m以上抓捕盲区，抓捕力大但容易造成二次断裂。

为了解决上述技术不足，本论文提出一种带式输送机新式断带抓捕装置，充分利用皮带在断裂时的张力变化，依靠重力和弹簧作用，上下胶带抓捕机构将胶带大面积的抓捕并锁紧，避免抓捕胶带时发生新的撕裂。设置上下皮带抓捕机构联动装置，同时增大了制动力矩，避免出现误动作。

2 抓捕机的设计研究

2.1 断带机理分析

钢丝绳芯胶带接头的粘着力是以埋人橡胶中的单位长度钢丝绳抽出所需要的力即以抽出力来表示的。抽出力与钢丝绳埋入橡胶中的长度成正比，埋入愈长，抽出钢丝绳所需的力愈大，当埋入长度增至一定值时，抽出力将超过钢丝绳本身的破断强度，此时钢丝绳不能抽出而被拉断。近期对国内部分生产矿井的钢丝绳芯胶带机使用情况进行了调研，重点对煤矿钢丝绳芯胶带机断带事故进行了统计，在统计的27起断带事故中，因接头中钢丝绳抽出力逐渐失效的达23次，占85%；其中因接头质量不合格、强度低，运转不足一年就发生接头抽钢丝的12起，占44%；因接头服务年限长，日常检查不到位没及时重做的ll起，占41%；因异物卷入等外部原因引起断带的3起，占11%。

从统计的事故可以看出，接头中钢丝绳抽出力逐渐失效造成断带的比例最大，其主要表现是接头处局部凸包并逐渐扩大，接头中间凸包一般为70～100mm不规则圆形，一周内凸包变化缓慢，8天后变化明显，13～15天凸包扩大到300～380 mm时断带。图4是PSH矿的3起胶带断带前钢丝绳失效的变化趋势。

图4 钢丝绳失效变化趋势

硫化工艺水平不合格主要体现在以下两个方面：一方面是硫化接头时未能控制住硫化温度；另一方面是排绳过密。

2.2 设计目标

本论文提供了一套机构，针对上行斜度18°，输送物料为煤，带宽为1.4米的DT(Ⅱ)A型输送带，当皮带在承载段（即上带）断裂时，能对皮带起到抓捕固定作用，防止断口下的皮带及物料大面积下滑，减少甚至避免更大的损失。

2.3 结构简介

本论文提出的带式输送机皮带断带抓捕装置，由框架、承载胶带抓捕机构、回程胶带抓捕机构、上下联动装置及调节解锁机构等组成。

承载胶带（上带）抓捕机构由上翻转架总成与下翻转架总成组成。在下翻转架连接架板上方安装有上托辊，托辊起支撑上带作用，在运行状态下和承载带随转。各个组成部件均置于上框架之内，使结构紧凑，占用空间少。上翻转架总成在自重和扭簧作用下能实现向下摆动运动，下翻转架总成在联动装置和弹簧作用下，可向上摆动运动。上下翻转架的楔形摩擦块配合形成承载带断带的抓捕。

回程带（下带）抓捕机构包括下带翻转架总成与横梁，下带翻转架总成由旋转轴、摩擦块、连接架板和轴承组件组成。在连接架板下方安装有下带托辊，在运行状态下压在回程带上表面随下带滚动。下带翻转机构旋转轴布置在框架左右立板前部，与上带下翻转旋转轴处于同一水平，使得上下抓捕机构在抓捕状态下减少机架的倾覆力矩，降低破坏。下带翻转架总成可向下摆动，依靠重力作用，其楔形摩擦块与固定在下机架上的横梁配合形成回程带断带的抓捕。

在各翻转架的轴两端装有曲柄，曲柄与轴间装有键来传递轴向的扭矩，保证曲柄与翻转架同步转动。

上下联动装置由上带的上下翻转架通过长连接杆，上下曲柄组成上联动装置，这样就可以使上下翻转架实现同步翻转；下曲柄、短连杆，下翻转头，推杆组成下联动装置保证上带抓捕机构不动作时下带抓捕机构也不动作，保证了抓捕装置不受下带垂度波动引起误动作。

调节解锁机构分为上抓捕调节机构和下抓捕调节机构，分别由油缸、活塞杆、摆动头组成。在进行皮带维护或修理时，采用油缸可以使翻转架夹持皮带在任意高度或返回并固定在原始位置。本装置透视图如图5所示。

图5 装置透视图

2.4 工作原理

输送机正常运转时，平衡臂的重力矩克服翻转架及煤、皮带的重力矩，促使翻转架向上转，使托辊紧贴皮带底面并顶起皮带；由于皮带的张紧力的存在，会对托辊产生向下的压力并达到平衡，翻转设施运动趋势处于平衡状态，致使翻转架无法上翻(如图6所示)。

图6 结构图

当皮带断裂后，皮带内的张力马上消失，对托辊产生向下的压力也消失，翻转架失去平衡向上翻转顶起皮带，直到把皮带压紧在横梁上。

皮带断裂后会沿托辊下滑，即反方向移动，它导致使皮带下的单向托辊反转。当托辊正转时，其轴不转；托辊反转时，会带动轴反转。这样，当轴中间的钢绳在轴上缠绕时，可带动托辊及翻转架向上翻转。这对翻转架向上翻转起到补充作用。

当翻转架翻转到一定角度时，皮带反向移动会对磨擦块产生磨擦力，这也对翻转架的翻转产生正面作用。角度越大，它产生的效果越显著。

当翻转架翻起到位时，就把皮带压紧在横梁上。此时皮带、翻转架、横梁三者之间会产生楔块效应：皮带与摩擦块间相对运动会产生摩擦力，摩擦力促使翻转架产生继续翻转的趋势，这就使磨擦块进一步地压紧皮带，那么皮带与摩擦块间的摩擦力越大，如此往复，再加上横梁与皮带间的摩擦力，皮带就被紧紧地夹紧在磨擦块与横梁之间（如图7所示）。

图7 抓捕示意图

2.5 夹紧皮带时受力分析

当皮带被夹紧时，皮带及物料垂直于斜坡方向上的重力的分力还是由托辊承受。

皮带及物料平行于斜坡方向重力的分力，由摩擦块及横梁对皮带的摩擦力来平衡。

Lz为抓捕器间距（50m）；

N为摩擦块、横梁与皮带间的正压力；

μ1为摩擦块与皮带间摩擦系数0.35；

μ2为横梁与皮带间摩擦系数0～0.1。

轴处所受的力最大为：Nmax/sin75°=103 237 N。

2.6 本装置的技术效果

（1）本论文提出的断带抓捕装置上翻转架兼作配重块，在旋转轴处设置扭簧，两者共同作用产生翻转力矩，使结构紧凑，占用空间少，且制动力矩大，制动实施敏捷。输送机即使出现短暂逆向运行，也不会发生误动作。

（2）本装置对断带实施抓捕时，能对断带后的承载带和回程胶带同时全断面瞬间实施抓捕，抓捕可靠性高。

（3）本装置对断带抓捕时，上带下翻转架能将承载层断带上翻，卸掉胶带上的货载，沿整个带宽方向抓捕，对带体损伤小，抓捕可靠性高。

（4）采取上下两个翻转架实施承载带断带抓捕，可降低胶带举升高度，减小所需翻转力矩。

（5）采用上下带联锁装置，上带抓捕机构动作触发下带抓捕机构，有效防止下带偶然松弛时产生误动作。

（6）增加调节及解锁机构，可以使翻转架夹持皮带在任意高度或返回原始位置，方便进行皮带维护或修理以及抓捕状态的恢复。

2.7 电气控制

如图8所示，安装在横梁上的一个接近开关，当发生断带时，翻转架上翻，摩擦块靠近接近开关，接近开关产生一个电平信号，通过继电器停皮带并发出声光报警。

图8 电气控制图

3 结论

在煤炭生产中，带式输送机尤其是倾角大、距离长的上运带式输送机一旦发生断带下滑事故，后果极其严重，进行断带保护十分必要。结合现有的断带保护技术，论文提出的新式断带抓捕装置完全根除了误动作发生的可能，断带发生判断准确、结构紧凑、制动实施敏捷、制动力大，抓捕可靠，非常有效的避免了断带事故的进一步延伸，避免了设备损坏及人身伤害，减少了经济损失，缩短了停产恢复时间，提高了生产效率，有一定良好的经济效益,具备很大的社会推广经济价值，具有很好的前景。

[1]郭经州.PDB断带保护器在带式输送机上的应用[J].煤矿机电，2005（5）:60-62.

[2]金以慧.过程控制[D].北京：清华大学出版社，1993.

[3]王瑞麟，张英柱.带式输送机断带捕捉器的设计[J].煤矿机械.2005，26(4)：27-29.

Study on the Application of New Broken Belt Catching Device

LIShao-qin

(Zhungeer Shenhua Energy Company，InnerMongolia Hohhot010300，China)

According to the conveyor beltbreakage protectionmeasures,themost important is installed in the conveyor beltbreakage protection device.The device can always feel the belt tension change,broken beltwhen the belt tension in disappear,the balance is broken,reversal facilities under the action of gravity downward turned to a certain angle,upper and lower frame friction block clamping belt,the beltand the friction block and the friction between the beltand the formation ofexistence,the self-locking friction block,thus the the belt is tightly clipped,tape down brake reliably.

conveyor belt；thrustbelt；catch

TG75

A

1672-545X（2013）05-0272-04

2013-02-06

栗少嵚，女，高级工程师，从事机电设备管理工作。