井下皮带机跑偏原因分析及纠偏方法探讨

2022-07-07许峰

机械管理开发 2022年5期

许峰

（山西焦煤西山煤电东曲煤矿，山西古交 030200）

引言

井下皮带运输机是井下生产运输过程中不可或缺的设备，其运行的安全和效率直接关系到矿井井下生产效率。井下作业环境恶劣而复杂，皮带机在长时间运行中必然会出现各类故障，其中皮带机跑偏是较为常见的故障形式。皮带机跑偏后，皮胶带在摩擦力的作用下会引发工作系统故障被迫停机，还会因皮带脱落而使与之直接接触的生产设备出现非正常损坏，翻卷物料，诱发安全隐患，十分不利于井下机械设备及人员安全。

1 皮带机跑偏原因

井下皮带机为井下连续运输设备，其中皮胶带是皮带机部件中最常用、最重要、最基础的承载结构和牵引结构，其在皮带机运行过程中主要借助其自带滚筒、托辊与皮胶带产生摩擦，以带动皮胶带运动，达到物料承载及运输的目的。皮带机跑偏即指井下运输过程中皮带机输送胶带偏离皮带机中心线的现象[1]。从力学角度考察井下皮带机运行原理发现，引发其输送皮胶带跑偏的主要原因在于皮带两侧驱动力运行时间过长后，在大小不一的摩擦力的作用下皮胶带必然发生跑偏。这一过程中滚筒、托辊等均会对皮胶带施加侧向力，托辊组上位处向右移动，下位处向左移动，使皮带机运行向跑偏，具体见图1。将造成井下皮带机跑偏的原因归纳如下：

图1 皮带机跑偏故障原理

1）皮带机张紧装置安装不当或老化。皮带机张紧装置安装不当会使输送带两侧张力和摩擦力不对称，必然引发皮带机跑偏。此外，若皮带机使用时间过长，包括张紧装置在内的部件便会老化，在未及时更换和维修的情况下，也会造成皮带机跑偏。

2）皮带机输送带给料不均匀。皮带机输送带上物料必须按照规范正确摆放，若物品摆放不正确，必将造成皮胶带上受力不均，引发皮带机跑偏，在井下皮带机运行过程中因该原因而造成的皮带机跑偏故障十分常见。与此同时，矿料下落位置及方向不正确或落料点不对中会使托辊、滚筒两侧压力不均、摩擦力不平衡，进而引发皮带机跑偏。

3）输送带接头连接不良。皮带机输送带接头在长期使用、制造工艺不良、人为原因等的影响下毛躁、倾斜，致使皮胶带两侧张紧力不一致，皮带机在运行过程中会向张紧力较大的一侧偏斜。皮带机使用年限过长后机械零部件磨合程度均下降，且皮胶带老化松弛，甚至发生永久变形，内部应力分布不均，引发皮带机跑偏。

4）皮胶带两端张力不平衡。井下皮带机运送物料过程中，皮胶带是发挥承载和输送作用的关键部件，皮胶带质量及张紧力平衡程度是影响皮带机顺利运行的关键，若皮胶带质量不良、过度磨损老化，必然影响其内部应力分布的均匀性和两端受力的均衡性，造成皮带机不同程度的跑偏。

5）托辊、滚筒黏料或安装位置不正。井下皮带机所运送的物料具有一定黏性，在皮带机运行一段时间后托辊、滚筒上因黏结物料而使其筒径局部增大，引发皮胶带两侧张紧力不均匀、皮带机跑偏。此外，若托辊、滚筒安装位置和输送机中心线垂直度存在较大误差，则托辊和滚筒处跑偏最为严重，承载段和回程段往前会有不同程度的减轻。

2 皮带机输送带跑偏规律

1）偏大不偏小。当皮带机滚筒与托辊不适应，且皮带机两侧直径大小不同时，皮带机输送带运行时便会向直径较大侧偏移。

2）偏高不偏低。皮带机输送带支承装置在摩擦力和物料压力的作用下，会造成输送带向较高侧倾斜、跑偏，引发故障。

3）偏后不偏前。皮带机输送带沿摩擦力反方向运行，故输送带运行方向和托辊、滚筒方向不一致，一旦托辊、滚筒偏离运行向垂直截面，则输送带便会向托辊、滚筒后侧跑偏。

4）偏紧不偏松。随着皮带机使用年限的延长及其承载物料重量的增大，皮带长期处于疲劳紧张状态，输送带两侧松紧程度也会不一致，运行中很容易向较紧侧跑偏[2]。

3 皮带机纠偏方法

3.1 常规纠偏方式

井下皮带机常用的纠偏方式主要有液压驱动、电动推杆、机械回转等。其中液压驱动纠偏装置充分利用皮带机在运行过程中产生的动力，使纠偏装置组件结构极大简化，但是造价高，对于矿井井下生产不具有普适性；电动推杆纠偏装置则以皮带运行动力或电机为驱动源，结构复杂，在复杂多变的井下运行环境中工效难以充分发挥，还需要配备防爆电机，运行成本高；机械回转纠偏装置在皮带机跑偏后其回转托辊机会沿皮带跑偏方向旋转，以发挥纠偏作用，结构简单，但是性能缺乏稳定性。

3.2 气动纠偏

为确保井下生产过程的安全和顺利，根据相关规程，井下煤巷必须配备压风自救系统，并按照200 m间隔增设气管接口。为此，本研究认为，井下皮带机纠偏系统可以以压风管路系统为动力源，这种皮带机纠偏系统在运行过程中只需要将三通阀门连接在井下静压风管上接口处，在井下压风系统工作的过程中便能为皮带纠偏系统提供源源不断的驱动力。如遇皮带机跑偏，气动控制阀同时开启，气缸在压力气的驱动下促使皮胶带迅速归位。皮带机纠偏装置启动过程中不需要输入额外动力，故无须另外配置气动装置，可大大简化装置结构，提升运行的便利性。

在这种气动纠偏设计下，传送皮带架和托辊架主要利用转轴连接，当皮带机正常运行时，托辊架和立辊均处于初始位置，皮胶带运行于皮带架中间区域，不与立辊接触。一旦皮带机跑偏，皮胶带会接触立辊，立辊和立辊架角度随之改变，立辊架与换向阀发生偏移，换向阀因驱动而开启，煤巷内压风管中的风流经由换向阀后流进气缸，气缸活塞运动，回转机架角度因旋转而改变，进而调整皮带机，直至其恢复初始状态[3]。

通过对气动纠偏装置作用原理的分析可以看出，该系统主要利用回转机架角度调整的过程使皮带机重新回归初始位置，并通过立辊旋转角度的改变对换向阀启闭程度进行调节，进而调整气缸活塞运动的位移量，达到驱动托辊架及皮带机纠偏的目的。只要皮带机跑偏得到纠正，立辊与换向阀便会恢复至初始状态，气缸运动结束，回转机架也停止旋转。该井下皮带机气动纠偏装置结构简图详见图2。