带式输送机用断带保护装置的研究与应用

李鹏飞

（潞安集团余吾煤业公司，山西 长治 046000）

引言

近年来，得益于我国煤炭开采技术的不断进步使煤炭的产能不断提高，胶带输送机成为煤炭开采中的核心技术装备，随着胶带输送机不断向大功率、长距离、高带速、大倾角和大运量的方向发展［1］，一旦发生因逆止器失效或者断带而造成的逆转事故，轻者会摧毁输送带机的机架、胶带及所运输的煤炭滑落堆积至输送机底部，致使巷道堵塞，造成长时间的停产，带来重大的经济损失［2－3］。我国近年来带式输送机的断带问题已经引起了人们的高度重视，除了积极预防，尽量避免断带事故的发生之外，最重要的是采取一定的保护措施，使当发生断带事故时断带保护装置能及时、可靠地制动下滑的输送带，避免事故的进一步扩大。

1 断带发生的原因

断带的原因［4，5］主要包括以下几个方面：

1）输送带自身的质量原因。输送带使用年限过长，输送带长时间超负荷运输以及日常维护不到位都会造成断带事故的发生。

2）输送带接头质量存在问题。输送带的接头主要包括硫化接头和机械接头，由于机械接头的连接强度存在问题，所以现在主要使用的是硫化接头，硫化接头在加工时由于压力、温度等在硫化板上的布置不均匀，温度控制不符合标准、保持时间或使用材料有问题、加工工艺不合理等，均会降低连接强度和使用寿命。

3）启动时输送带内的应力变化过大。输送机在启动的过程中由于存在着动张力，可能会使输送带内的纵向张力超过输送带可承受的拉力范围，造成输送带的撕裂。

4）载荷的突然变化。输送机在运行的过程中可能会卷入质量较大的杂物或者其他因素，造成载荷的突变，引起断带事故的发生。

2 常用的断带保护装置

目前常用的断带保护装置主要包括以下几种：

1）电控偏心轮式断带保护装置。该装置主要是采用了加装了电控装置的偏心轮机构，主要是在断带事故发生时电控装置控制偏心轮与皮带接触，利用输送带的下滑力使输送带制动。具有结构简单、同步性好的优点，但是也具有制动力小、可靠性低的缺点。

2）使用阻尼板和单向托辊摩擦制动。这种方法主要是利用全线摩擦制动［6］的原理，位于上面的输送带主要通过依靠输送带和单向托辊之间的滑动摩擦力来实现制动，位于下方的输送带通过下垂时与阻尼板直接接触发生滑动摩擦产生的摩擦阻力来阻止下输送带的下滑。但是该制动方式需要把输送机全部的托辊换成单向托辊并且需要在全程铺设阻尼板，改造费用太过于高昂，因此很少使用。

3）楔块式断带保护装置。该型断带保护装置主要是采用能产生自锁的楔块机构，输送带发生断带事故时输送带将压在触发辊轮和楔形闸块上，输送带下滑时的摩擦力带动触发辊轮沿着轴座的长槽下滑，同时带动楔形闸块动作，在输送带的作用力下发生自锁将输送带的空载边夹紧在楔形闸块与上闸块之间，从而实现制动。具有结构简单、动作灵活的优点，但是也有同步性差容易对输送带造成二次伤害的缺点。

4）整体式断带保护装置。该型断带保护装置主要采用了整体设计、分体安装的设计原则，其独立于带式输送机，安装方便灵活、避免了制动时可能对输送机机架造成的损坏［7］，整体式断带保护装置具有抓捕力大（约为分散式抓捕装置抓捕力的10倍）、动作灵活可靠的优点。

下面主要介绍的就是一种新型的整体式断带保护装置。

3 全断面液压断带保护装置

一种新型的带式输送机用断带保护装置集机电液为一体，充分体现了液压系统的优越性，抓捕力大，传动稳定，在抓捕的过程中不会对输送带造成二次伤害。其系统示意图如图1所示。

图1 全断面液压断带保护装置系统示意图

该全断面液压断带保护装置主要包括制动机构、液压系统、电气控制系统和断带信号采集系统等。其中，制动机构主要由上抓捕机架和下抓捕机架等组成；液压系统主要由液压泵站、蓄能器、油管及执行油缸等构成。电气控制系统主要由隔爆兼本质安全型电控箱及内部的电控设备构成。断带信号采集系统主要由编码器、信号采集器等构成。

信号采集系统通过编码器采集胶带的运行速度、运行方向，通过传感装置来判定胶带的张力和选垂度等来综合判定输送带是否发生断带。该系统所使用的两点式断带检测方案、编码器的布置如图2所示。

图2 双编码器断带检测示意图

在带式输送机运行的过程中，电控系统通过不间断的采集随着输送带一同旋转的编码器输出的信息，从而判断输送带的运行状态。在发生断带后上输送带的运行方向会发生变化，运行的速度也是先向上逐渐减小到零然后再加速下滑，虽然下输送带在故障发生后的运行方向不会发生变化，但是其运行速度将会明显的加快，因此通过比较3、4两个编码器的的速度值大小及运行方向就可以判断出输送带的运行是否发生断带。

输送机在正常运行时，信号采集系统采集的信号显示正常，电控箱不发出动作处理信号，抓捕装置不执行抓捕动作。输送机一旦发生断带，编码器和传感器采集的输送带的各种信号将同时发生异常，信号采集系统把采集的信号传送给电控系统，电控系统对采集到的信号进行综合判断处理，以便判明输送带是否发生断带事故。一旦电控系统判定为断带事故发生，则电控系统发出信号指令，首先切断输送机的动力电源使输送机因断电而无动力输出；同时电液换向阀上电动作，液压系统中的压力油快速进入执行油缸的无杆腔，驱动执行抓捕的机构完成抓捕动作，抓捕楔块通过强大的摩擦制动迫使输送带停止下滑。

经过现场实验可知该型断带保护装置在执行抓捕动作的时候能够在0.9s以内完成对断带的抓捕，按照贺西矿主运皮带最大允许运行速度4m／s计算从断带开始到抓捕结束输送带的滑动距离不超过3.6m，抓捕时的抓捕力能够达到400kN。

4 结语

通过对该型全断面液压断带保护装置的研究，在总结实践经验的基础上，研究分析了上运输送带及下运输送带断带发生的原因及断带后胶带的运行特征。通过编码器及信号采集传感器的结合应用提出了双编码器结合的全新的断带检测方案，很好地解决了下运带式输送机和上运带式输送机断带检测这一难点，提高了断带检测的准确性，防止了断带保护装置的误动作，实现了输送带的全程断带检测，保证了煤矿的安全生产。通过模拟实验与该断带保护装置在余吾煤业的应用来看，该型断带保护装置能够满足安全生产的需求。

［1］ 张旭辉.一种新型电液控制型断带抓捕器的研制［J］.机床与液压，2012（16）：1－3.

［2］ 陈旭昌.带式输送机断带分析及抓捕器的试验与应用［J］.煤矿机械，2007（10）：180－181.

［3］ 田爱萍，罗建中.全断面断带抓捕装置设计研究［J］.煤矿机械，2012（11）：4－6.

［4］ 张晞，齐悦，贾强.双侧旋转式输送带断带捕捉装置［J］.煤炭学报，2009（6）：845－848.

［5］ 杜建伟，李军霞.楔形断带抓捕装置仿真及试验研究［J］.矿山机械，2014（2）：65－68.

［6］ 罗建中，陈辉.带式输送机全断面断带捕捉器的研究［J］.矿山机械，2010（13）：64－67.

［7］ 杨起，王忠平.带式输送机断带保护技术与应用［J］.煤矿机械，2010（4）：166－168.