順槽下運帶式輸送機飛車原因及其防治措施研究

黃俊杰

（陽泉煤業(yè)（集團）煤機裝備研究院， 山西 陽泉 045000）

引言

帶式輸送機是煤礦井下的重要運輸裝備。據(jù)不完全統(tǒng)計，所有采掘得到的煤礦70%以上是通過帶式輸送機輸送的[1]。輸送機的正常穩(wěn)定運行對采煤過程連續(xù)性有重要影響。一旦輸送機出現(xiàn)故障問題，會導致采煤過程無法正常開展，進而影響采煤效率[2-3]。當前我國采煤技術水平有了顯著提升，采煤效率與以往相比得到很好的改善。采煤效率的提高意味著帶式輸送機的運輸效率提升，這對輸送機的可靠平穩(wěn)運行提出了更高的要求[4]。對于順槽下運帶式輸送機而言，其工作環(huán)境與其他情況相比存在特殊之處。由于是將物料向下運輸，裝載在皮帶上的煤礦物料在自身重力作用下會往下運動[5]。為避免帶式輸送機運行速度過快，驅動電機提供的是制動力矩。如果電機提供的制動力矩達不到使用要求就容易出現(xiàn)飛車現(xiàn)象，這是順槽下運帶式輸送機在運行過程中最容易出現(xiàn)的問題之一[6]。

1 順槽下運帶式輸送機概況

順槽下運帶式輸送機的作用是將煤礦物料沿著傾斜的巷道自上而下進行運輸。這種特殊的運輸工況條件與普通的帶式輸送機運行環(huán)境存在顯著差異。因為帶式輸送機運行的動力主要依靠煤礦物料自身的重力，帶式輸送機的電機反而是起到制動的作用。如圖1所示為順槽下運帶式輸送機的總體結構圖。從圖中可以看出，煤礦物料的重力分量與帶式輸送機的運行方向相同。輸送機主要由驅動滾筒、卸貨滾筒、皮帶和張緊絞車等部分構成。驅動裝置可以根據(jù)情況安裝在機尾部位或者機頭部位。由于煤礦物料自身重力分量會使帶式輸送機產生加速度，為了保證輸送機的穩(wěn)定運行，驅動電機通常情況下處于制動發(fā)電狀態(tài)。如果由于外部因素導致電機突然無法正常工作，帶式輸送機失去制動，其運行速度將會越來越快，最終出現(xiàn)飛車安全事故，對輸送機設備造成嚴重不良影響，嚴重時還會對井下工作人員的生命安全構成威脅。

很長一段時間以來，飛車事故都是威脅順槽下運帶式輸送機安全穩(wěn)定運行的重要因素。所以有必要對飛車現(xiàn)象產生的原因進行深入分析，只有這樣才能夠更好地解決飛車問題，保障順槽下運帶式輸送機的安全運行。

圖1 順槽下運帶式輸送機總體結構

2 順槽下運帶式輸送機飛車根本原因

帶式輸送機在穩(wěn)定運行過程中，各種作用力對輸送機產生的力矩矢量和應該等于零。如果外界作用力產生的力矩矢量和不為零，帶式輸送機必然會產生加速度或減速度，運行狀態(tài)無法保持穩(wěn)定。輸送機正常運行時的加速力矩主要是煤礦物料重力分量產生的力矩，見圖1。制動力矩主要包含三個方面，分別為皮帶與滾筒和托輥間的摩擦力矩、制動器的制動力矩、電動機的制動力矩。當帶式輸送機的加速力矩和制動力矩相等時，兩者保持平衡，此狀態(tài)下帶式輸送機能夠保持穩(wěn)定可靠運行。當帶式輸送機的制動力矩大于加速力矩時，帶式輸送機將會處于制動狀態(tài)，運行速度會逐漸降低，直至徹底停止運行。當制動力矩小于加速力矩時，輸送機的運行狀態(tài)會失去平衡，處于加速狀態(tài)，皮帶的運行速度會越來越快。直到煤礦物料運輸至卸料部位，將煤礦物料卸載后，煤礦物料重力分量引起加速力矩減小，其速度才會逐漸降低，該現(xiàn)象就是所謂的飛車現(xiàn)象。

基于以上分析可知，導致帶式輸送機發(fā)生飛車現(xiàn)象的原因可歸結為兩大方面。第一為煤礦物料重力分量導致的加速力矩太大，出現(xiàn)這種情況的原因是輸送機實際運載的煤礦物料總量超過了額定值，發(fā)生了超載現(xiàn)象。第二為制動措施產生的制動力矩太小，皮帶與滾筒、托輥間的摩擦系數(shù)小，皮帶、滾筒、托輥表面出現(xiàn)嚴重磨損，滾筒和托輥表面潮濕時都有可能導致這種情況的出現(xiàn)；制動器無法提供要求的制動力矩；電機無法提供要求的制動力矩，比如電動機突然斷電等。上述三個原因都是導致輸送機出現(xiàn)飛車現(xiàn)象的主要原因。

3 順槽下運帶式輸送機飛車防治措施

通過上文的分析可以知道，導致帶式輸送機出現(xiàn)飛車問題的原因主要有兩點，分別為帶式輸送機超載和制動力矩不足。因此，可以基于以上兩點開展飛車防治工作。

3.1 嚴格控制帶式輸送機的運載量

應該加強帶式輸送機的日常使用管理，嚴格控制輸送機單位時間內的煤礦物料輸送量，不得出現(xiàn)超載問題。煤礦物料在皮帶上的裝載應該盡可能均勻，避免出現(xiàn)局部區(qū)域堆積的現(xiàn)象，否則不利于帶式輸送機的穩(wěn)定運行。另外，在滿足實際使用需要的前提下，為提升帶式輸送機的安全系數(shù)，盡可能減小單位時間內的煤礦運輸量。

3.2 增加帶式輸送機的制動力矩

1）使用阻尼托輥。皮帶與托輥間的摩擦阻力是帶式輸送機制動力矩的重要構成部分。對于順槽下運帶式輸送機載重比較大的區(qū)域，可以使用阻尼托輥，通過這樣的措施能夠顯著提升皮帶與托輥間的摩擦阻力，從而加大制動力矩，緩解電動機的制動輸出，提升輸送機運行穩(wěn)定性。如圖2所示為阻尼托輥結構示意圖，托輥總體上為鋼結構，由多個結構件構成。主要由托輥管體、軸承和軸套、軸承座和階梯軸構成。該類型托輥在正常工作時，軸承座內軸與軸套之間會產生較大的摩擦力、止推軸承端面與軸套端面間同樣會產生較大的摩擦力。且由于使用的材料特殊，摩擦系數(shù)比一般材料的摩擦系數(shù)要大2～3倍，摩擦系數(shù)可以達到0.03左右。

2）選用KZP盤形制動器。制動器對于帶式輸送機的安全運行至關重要，尤其是順槽下運帶式輸送機制動器尤為重要。制動器位置的選擇會影響其制動效果，為了達到理想的制動效果，制動器應該裝設在傳動滾筒側。實踐經驗表明，KZP盤形制動器能達到非常好的應用效果，其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾點：第一，液壓制動器能夠快速貼合制動盤，但不會造成非常大的沖擊，能實現(xiàn)一級制動到位，保障了制動過程的安全性；第二，制動液壓系統(tǒng)通過雙回路結構進行工作，當主用回路結構出現(xiàn)故障時，備用回路結構能馬上投入使用，確保了制動裝置的運行可靠性。即便在突然停電的情況下制動器還可以通過蓄能器繼續(xù)進行工作；第三，制動過程會產生大量的熱量，如果不及時進行冷卻就會影響制動器的效果，嚴重時使制動器損壞無法正常工作。KZP盤形制動器具備有自我冷卻效果，通過這種設計能提升制動器的運行可靠性。

3）選用功率更大的電動機。電動機功率越大，能夠提供更大的制動力矩。所以在對順槽下運帶式輸送機進行設計選用電動機型號時，應該適當增加安全系數(shù)，選用功率更大的電動機，以提升輸送機的運行可靠性。另一方面，要確保電動機供電的可靠性，采用雙回路供電。當主供電線路出現(xiàn)故障問題無法正常供電時，備用供電電路能夠馬上啟用，避免由于斷電導致電動機無法工作，使得帶式輸送機失去控制。

4）設計帶式輸送機運行速度監(jiān)控系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^專業(yè)的傳感器對帶式輸送機的運行速度進行監(jiān)控。一旦監(jiān)測發(fā)現(xiàn)輸送機運行速度出現(xiàn)異常，就采取措施對其進行自動控制。如下頁圖3所示為順槽下運帶式輸送機運行速度監(jiān)控系統(tǒng)原理示意圖。

圖2 阻尼托輥結構示意圖

4 結語

順槽下運帶式輸送機工作環(huán)境比較特殊，使用過程中容易出現(xiàn)飛車問題。出現(xiàn)飛車問題的根本原因在于，皮帶上面的煤礦物料重力分量產生的加速力矩超過了帶式輸送機的制動力矩，使輸送機運行速度越來越快。結合實際情況提出飛車防治措施，主要包括嚴格控制裝載量避免出現(xiàn)超載現(xiàn)象、使用阻尼托輥、選用KZP盤形制動器、選用功率更大的電動機并確保供電可靠性、設計帶式輸送機運行速度監(jiān)控系統(tǒng)等。采取以上措施后，有效緩解了帶式輸送機的飛車現(xiàn)象。

圖3 順槽下運帶式輸送機運行速度監(jiān)控系統(tǒng)原理示意圖