液压驱动带式输送机断带保护装置应用研究

王 超

（大同煤矿集团大同地方煤炭有限责任公司，山西 大同 037000）

带式输送机的工作原理主要是通过摩擦驱动带动物料连续运作，其运输能力较强，便于维护，适应倾斜以及平直线路的运输。姜家湾矿从工作面运输巷至井底车场，均朝高效连续带式输送机运输方向发展，但是输送带在运输过程中经常出现断带情况。若发生断带事故，运输带上的煤炭就会加速下滑，导致洒煤、堆煤等情况的发生，严重时威胁人员安全，给安全生产带来诸多不利。

1 断带原因分析

在姜家湾矿生产运输过程中，输送机断带的原因大致分为以下几种：

（1）输送带质量问题。姜家湾输送带长时间处于超负荷状态或交变载荷状态，另外日常维护不及时，造成断带事故时有发生。

（2）输送带接头问题。姜家湾输送机接头采用机械接头，由于此种接头适用于运输距离短的情况，加之经常拆移等工作环节，造成服务年限短，因此使用不当也会造成断带事故发生。

（3）受力不均。运输带在运输时，经常由于超负荷运输和空载，造成受力不均导致输送带跑偏。

（4）运输中突然出现卡带或者满载启动和停车导致胶带张力过大。大块矸石突然混在运输的煤炭中，引起运输载荷突然增大。

造成输送带断带的因素较多，为了保证输送带正常运行，根据姜家湾矿运输条件，对带式输送机进行改装并应用。

2 带式输送机改装

2.1 带式输送机断带保护装置改进

带式输送机断带保护装置的改装主要是依据输送带动力学模型以及断带抓捕过程力学分析数学模型，从而得出断带形成机理，通过设计断带监测以及断带抓捕制动系统，实现断带信号的实时监测。

带式输送机输送带发生断裂时，物料和输送带在重力与张力作用下发生下滑，造成严重事故，为了防止事故进一步扩大，需要在第一时间内对断带事故进行有效抓捕。断带前承受的巨大张力在断带后并非表现为简单的重力下滑现象，而是伴随极速回弹，因此断带抓捕器必须依据输送带动力学特征而设置进行抓捕，才能实现对输送带断裂情况的准确分析并抓捕。断带保护装置设计如图1 所示。

图1 断带保护装置

输送带在倾斜运输过程中，由于不同位置所受动张力的不同加之输送带本身具有黏弹性，使得断带位置有所不同。因此，只有通过分析输送带传输的力学特征，才能对断带情况实施有效的抓捕。抓捕器要实施可靠的抓捕，面临诸多难题，例如，位置布置以及数量多少、抓捕力大小等都是亟需解决的问题。

断带抓捕过程中，对输送带的夹持与制动主要依靠摩擦力，制动力的大小与输送带及物料的质量和下滑速度有关，因此通过对输送机断带抓捕进行详细的受力分析是断带抓捕器设计的重要依据。

2.2 断带时所需克服阻力

克服摩擦力所需载荷计算：

输送带总质量：

式中：

V1-输送带体积，m3；

l1-输送带长度，m，（以姜家湾矿主运皮带实际长度为例）；

b1-输送带宽度，m；

h1-输送带厚度，m；

ρ1-输送带密度，kg/m3。

装载煤的总质量：

式中：

V2-装载煤体积，m3；

l2-装载煤长度，m；

b2-装载煤宽度，m；

h2-装载煤高度，m；

ρ2-装载煤密度，kg/m3。

断带产生下滑力：

F=（m1m2）sinθ=（6+187.2）sin15°=50t （3）

式中：

θ-输送带倾斜角度，°。

由上述计算可知，断带瞬间，所有保护装置共受到冲击载荷≥50t。

2.3 断带抓捕工作原理

断带前，各机构就如图1 中虚线位置所示。断带后，系统自动感知断带发生，传感器装置能够实时检测输送带的运行数据，并对数据进行分析，通过将分析后的数据传输至控制系统中的PLC 进行数据反馈，然后控制系统立即向液压系统发出指令，此时启动抓捕系统，上下表面巨大的摩擦力能够将胶带牢牢抓住，从而完成断带保护。具体过程表现为系统控制油缸驱动上带上压机构和上带下压机构各旋转90°，从而将下滑的皮带紧紧夹住，防止皮带事故进一步扩大。

2.4 断带保护装置效果分析

观察上带上压、下压机构受力随时间变化曲线，如图2 所示。

图2 上带上压和下压机构受力随时间变化曲线

所设计断带保护装置在发生断带情况下，油缸驱动上带上压机构和上带下压机构在2s 内旋转90°，迅速将下滑的皮带夹住，完成抓捕输送带的工作，防止煤炭滑落。设计保护装置滞后系统断带0.2s 即可进入抓捕状态，这是由于液压系统在建压过程中元件存在反应时间。

上带上压和下压机构在2s 内受力达到最大值为3.5×108N，远大于50t 重的煤炭和皮带总质量所产生的重力5×105N 的力，因此，此装置足以满足输送带断带后所产生的下滑力。由于断带保护装置在带式输送机上是多点分布，通常配置10套保护装置，一套保护装置仅需大约5t 总质量物体所产生的力，因此，该保护装置完全能够满足断带保护要求。

该装置经过改进后，能够有效针对断带情况做出应急处理，在断带发生时，通过PLC 系统控制，做出及时夹紧下滑的皮带的动作，防止断带事故进一步扩大。

3 结论

（1）通过对断带保护装置的受力分析，可以发现该装置能够迅速完成保护工作，保证装置平稳运行，并且能够承受较大冲击载荷。

（2）断带保护装置采用整体式的抓捕模式，该装置布置于机头张力最大处与输送机中间位置，一旦断带，报警系统立马启动，随后停机，此时在机头与中间位置同时开始进行抓捕动作，能够有效防止事故进一步扩大。该装置易于拆卸，便于井下运输，能够适用井下有效空间的操作。