井下气动皮带纠偏装置设计

2013-09-04姜波

机械工程与自动化 2013年5期

姜波

（大同煤矿集团小峪煤矿，山西怀仁 038300）

0 引言

皮带输送机是煤矿井下主要的运输设备，在煤矿运输中起着至关重要的作用，只有皮带平稳运行，才能保证煤矿的安全生产。煤矿井下特殊的环境是导致皮带输送机事故多发的主要原因，对皮带进行多重安全保护可有效地防止事故的发生，而对皮带跑偏的治理可有效地提高其运行效率和减少安全事故。

1 皮带跑偏原因及后果

皮带跑偏是指在运输过程中发生皮带偏离输送机中心线的现象，造成此现象的原因主要有：皮带机架的安装不规范、物料堆积不平衡，皮带运行不合理等，但实质是由于运行中受力不平衡导致皮带发生偏移。皮带跑偏危害性大：①会造成运输物的翻转，可能引发摩擦起火等事故，从而造成人员伤亡；②跑偏后皮带磨损严重，皮带强度降低，可能引发断带等重大事故；③会使物料洒落于设备上或者导致皮带驱动受力不均匀，影响设备的使用寿命。在良好的环境下皮带跑偏是治理的重点，而在井下恶劣的环境中它更是防止的重点。本文针对煤矿井下的运行环境对防止皮带跑偏的方法进行探讨并对纠偏装置进行设计［1，2］。

2 常用纠偏装置

为了防止皮带跑偏引发事故，皮带运输机设计有纠正跑偏功能。目前，纠偏装置主要有机械回转式、液压式和电动推杆式。常用的机械回转式是当皮带跑偏时，回转托辊架根据偏转位置反向旋转，将皮带纠正。该装置结构简单，但稳定性较差。在使用中发现其纠偏效果不明显，不能完全将皮带纠正在合适的位置；当皮带跑偏严重时，由于纠偏效果差，反而导致皮带运行不稳定。而液压、电控式则需要提供动力源或利用皮带运行为动力，因此其结构复杂，不利于井下复杂环境的使用，而电控式更需要额外增加机械电气的防爆功能，极大地增加了设备的成本，即增加了煤矿生产成本；液压无源式纠偏装置利用运行中的皮带作为动力源，简化了机电结构，在部分矿井中进行了配备，但设备造价相对较高［3］。

3 气动纠偏装置

目前国家要求煤矿建立压风自救系统，且规定在间隔不大于200m处应安装供气阀门。本设计就是以压风系统的气压为动力，安装本系统时只需在压风管100m处位置加装供气阀，压风管路与压风系统的供气阀通过三通接通，既不影响压风系统的正常运行，又可以作为皮带纠偏的动力源。当皮带发生跑偏时，气阀开启，驱动气缸使皮带位置回正。气动纠偏装置无动力输入、无电气控制，可实现自动纠偏，适用于井下复杂的环境，也不会引起瓦斯爆炸。

3．1 气动纠偏装置结构设计

气动纠偏装置的托辊架通过转轴与皮带架连接，气缸推动转轴旋转来进行纠偏。当皮带正常运行时，立辊与托辊架保持初始平衡位置，如图1所示，此时皮带处于中间位置，没有碰触立辊；当皮带发生跑偏时，如图2所示，立辊被皮带推动发生角度改变，立辊架随着角度变化与换向阀发生位置的相对变化，从而启动换向阀，使换向气阀动作引发压风管路中的气体进入气缸导致气缸活塞伸缩。活塞杆的伸缩使回转机架发生角度旋转，使运行中的皮带不断回正。回转机架回转的目的就是为了调整皮带位置，直到皮带纠正后，立辊又处于初始位置，换向阀同时也相应处于中位（闭合），气缸不动作，回转机架结束旋转。

本设计通过立辊的旋转角度来判断皮带跑偏，同时也是通过立辊旋转角度来开闭换向阀，从而调节气缸活塞的位移量，使回转托辊架旋转，实现皮带的纠偏。气动纠偏机构如图3所示。

图1 皮带平稳运行简图

图2 皮带跑偏简图

图3 气动纠偏机构简图

3．2 纠偏装置气动系统设计

纠偏装置气动系统需要与立辊配合以实现皮带的纠偏。井下压风系统气压为0．3MPa～0．8MPa，可以作为纠偏装置的动力。部分矿井地质和系统复杂，风压波动较大，需安装增压阀和稳压阀，以满足整个纠偏装置的运行要求。压风管路中的气体主要不是来源于井下，而是来源于矿井地面，而地面环境也同样煤尘较大，因此在压风管通入纠偏装置时必须安装空气滤芯，且保证每3个月对滤芯进行检查和更换，以延长装置的使用寿命。此外，为防止井下意外事故的发生，必须安装释压阀，将释压压力调整为1MPa，当系统发生故障或意外事件，压力大于1MPa时，气体从释压阀处排出，可实现降压，释压阀气体排气口三通连接气铃，当发生事故时，气铃可以起到提醒作用。当释压阀发生压力释放动作后，进风管路中失去压力，从而使系统停止运行，防止事故的发生。当皮带纠正后，立辊恢复初始位置，立辊架使换向阀处于中位。此时，进气管路侧的气缸腔内压力与风管中压力相同，而排气管侧的气缸腔内无压力，必然导致换向阀处于中位（关闭位置），活塞因两腔压力不同仍然发生伸缩，从而使纠正的皮带再次跑偏。因此为了防止换向阀位于中位时，气缸因两腔气压差发生运动，安装了止回阀。止回阀压力设定应根据气缸参数和风管压力确定，以实现系统的平稳可靠运行。气动系统简图见图4。