井下皮帶機跑偏原因分析及糾偏方法探討

許 峰

（山西焦煤西山煤電東曲煤礦， 山西 古交 030200）

引言

井下皮帶運輸機是井下生產(chǎn)運輸過程中不可或缺的設(shè)備，其運行的安全和效率直接關(guān)系到礦井井下生產(chǎn)效率。井下作業(yè)環(huán)境惡劣而復(fù)雜，皮帶機在長時間運行中必然會出現(xiàn)各類故障，其中皮帶機跑偏是較為常見的故障形式。皮帶機跑偏后，皮膠帶在摩擦力的作用下會引發(fā)工作系統(tǒng)故障被迫停機，還會因皮帶脫落而使與之直接接觸的生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)非正常損壞，翻卷物料，誘發(fā)安全隱患，十分不利于井下機械設(shè)備及人員安全。

1 皮帶機跑偏原因

井下皮帶機為井下連續(xù)運輸設(shè)備，其中皮膠帶是皮帶機部件中最常用、最重要、最基礎(chǔ)的承載結(jié)構(gòu)和牽引結(jié)構(gòu)，其在皮帶機運行過程中主要借助其自帶滾筒、托輥與皮膠帶產(chǎn)生摩擦，以帶動皮膠帶運動，達到物料承載及運輸?shù)哪康摹ＦC跑偏即指井下運輸過程中皮帶機輸送膠帶偏離皮帶機中心線的現(xiàn)象[1]。從力學(xué)角度考察井下皮帶機運行原理發(fā)現(xiàn)，引發(fā)其輸送皮膠帶跑偏的主要原因在于皮帶兩側(cè)驅(qū)動力運行時間過長后，在大小不一的摩擦力的作用下皮膠帶必然發(fā)生跑偏。這一過程中滾筒、托輥等均會對皮膠帶施加側(cè)向力，托輥組上位處向右移動，下位處向左移動，使皮帶機運行向跑偏，具體見圖1。將造成井下皮帶機跑偏的原因歸納如下：

圖1 皮帶機跑偏故障原理

1）皮帶機張緊裝置安裝不當或老化。皮帶機張緊裝置安裝不當會使輸送帶兩側(cè)張力和摩擦力不對稱，必然引發(fā)皮帶機跑偏。此外，若皮帶機使用時間過長，包括張緊裝置在內(nèi)的部件便會老化，在未及時更換和維修的情況下，也會造成皮帶機跑偏。

2）皮帶機輸送帶給料不均勻。皮帶機輸送帶上物料必須按照規(guī)范正確擺放，若物品擺放不正確，必將造成皮膠帶上受力不均，引發(fā)皮帶機跑偏，在井下皮帶機運行過程中因該原因而造成的皮帶機跑偏故障十分常見。與此同時，礦料下落位置及方向不正確或落料點不對中會使托輥、滾筒兩側(cè)壓力不均、摩擦力不平衡，進而引發(fā)皮帶機跑偏。

3）輸送帶接頭連接不良。皮帶機輸送帶接頭在長期使用、制造工藝不良、人為原因等的影響下毛躁、傾斜，致使皮膠帶兩側(cè)張緊力不一致，皮帶機在運行過程中會向張緊力較大的一側(cè)偏斜。皮帶機使用年限過長后機械零部件磨合程度均下降，且皮膠帶老化松弛，甚至發(fā)生永久變形，內(nèi)部應(yīng)力分布不均，引發(fā)皮帶機跑偏。

4）皮膠帶兩端張力不平衡。井下皮帶機運送物料過程中，皮膠帶是發(fā)揮承載和輸送作用的關(guān)鍵部件，皮膠帶質(zhì)量及張緊力平衡程度是影響皮帶機順利運行的關(guān)鍵，若皮膠帶質(zhì)量不良、過度磨損老化，必然影響其內(nèi)部應(yīng)力分布的均勻性和兩端受力的均衡性，造成皮帶機不同程度的跑偏。

5）托輥、滾筒黏料或安裝位置不正。井下皮帶機所運送的物料具有一定黏性，在皮帶機運行一段時間后托輥、滾筒上因黏結(jié)物料而使其筒徑局部增大，引發(fā)皮膠帶兩側(cè)張緊力不均勻、皮帶機跑偏。此外，若托輥、滾筒安裝位置和輸送機中心線垂直度存在較大誤差，則托輥和滾筒處跑偏最為嚴重，承載段和回程段往前會有不同程度的減輕。

2 皮帶機輸送帶跑偏規(guī)律

1）偏大不偏小。當皮帶機滾筒與托輥不適應(yīng)，且皮帶機兩側(cè)直徑大小不同時，皮帶機輸送帶運行時便會向直徑較大側(cè)偏移。

2）偏高不偏低。皮帶機輸送帶支承裝置在摩擦力和物料壓力的作用下，會造成輸送帶向較高側(cè)傾斜、跑偏，引發(fā)故障。

3）偏后不偏前。皮帶機輸送帶沿摩擦力反方向運行，故輸送帶運行方向和托輥、滾筒方向不一致，一旦托輥、滾筒偏離運行向垂直截面，則輸送帶便會向托輥、滾筒后側(cè)跑偏。

4）偏緊不偏松。隨著皮帶機使用年限的延長及其承載物料重量的增大，皮帶長期處于疲勞緊張狀態(tài)，輸送帶兩側(cè)松緊程度也會不一致，運行中很容易向較緊側(cè)跑偏[2]。

3 皮帶機糾偏方法

3.1 常規(guī)糾偏方式

井下皮帶機常用的糾偏方式主要有液壓驅(qū)動、電動推桿、機械回轉(zhuǎn)等。其中液壓驅(qū)動糾偏裝置充分利用皮帶機在運行過程中產(chǎn)生的動力，使糾偏裝置組件結(jié)構(gòu)極大簡化，但是造價高，對于礦井井下生產(chǎn)不具有普適性；電動推桿糾偏裝置則以皮帶運行動力或電機為驅(qū)動源，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在復(fù)雜多變的井下運行環(huán)境中工效難以充分發(fā)揮，還需要配備防爆電機，運行成本高；機械回轉(zhuǎn)糾偏裝置在皮帶機跑偏后其回轉(zhuǎn)托輥機會沿皮帶跑偏方向旋轉(zhuǎn)，以發(fā)揮糾偏作用，結(jié)構(gòu)簡單，但是性能缺乏穩(wěn)定性。

3.2 氣動糾偏

為確保井下生產(chǎn)過程的安全和順利，根據(jù)相關(guān)規(guī)程，井下煤巷必須配備壓風自救系統(tǒng)，并按照200 m間隔增設(shè)氣管接口。為此，本研究認為，井下皮帶機糾偏系統(tǒng)可以以壓風管路系統(tǒng)為動力源，這種皮帶機糾偏系統(tǒng)在運行過程中只需要將三通閥門連接在井下靜壓風管上接口處，在井下壓風系統(tǒng)工作的過程中便能為皮帶糾偏系統(tǒng)提供源源不斷的驅(qū)動力。如遇皮帶機跑偏，氣動控制閥同時開啟，氣缸在壓力氣的驅(qū)動下促使皮膠帶迅速歸位。皮帶機糾偏裝置啟動過程中不需要輸入額外動力，故無須另外配置氣動裝置，可大大簡化裝置結(jié)構(gòu)，提升運行的便利性。

在這種氣動糾偏設(shè)計下，傳送皮帶架和托輥架主要利用轉(zhuǎn)軸連接，當皮帶機正常運行時，托輥架和立輥均處于初始位置，皮膠帶運行于皮帶架中間區(qū)域，不與立輥接觸。一旦皮帶機跑偏，皮膠帶會接觸立輥，立輥和立輥架角度隨之改變，立輥架與換向閥發(fā)生偏移，換向閥因驅(qū)動而開啟，煤巷內(nèi)壓風管中的風流經(jīng)由換向閥后流進氣缸，氣缸活塞運動，回轉(zhuǎn)機架角度因旋轉(zhuǎn)而改變，進而調(diào)整皮帶機，直至其恢復(fù)初始狀態(tài)[3]。

通過對氣動糾偏裝置作用原理的分析可以看出，該系統(tǒng)主要利用回轉(zhuǎn)機架角度調(diào)整的過程使皮帶機重新回歸初始位置，并通過立輥旋轉(zhuǎn)角度的改變對換向閥啟閉程度進行調(diào)節(jié)，進而調(diào)整氣缸活塞運動的位移量，達到驅(qū)動托輥架及皮帶機糾偏的目的。只要皮帶機跑偏得到糾正，立輥與換向閥便會恢復(fù)至初始狀態(tài)，氣缸運動結(jié)束，回轉(zhuǎn)機架也停止旋轉(zhuǎn)。該井下皮帶機氣動糾偏裝置結(jié)構(gòu)簡圖詳見圖2。

圖2 井下皮帶機氣動糾偏裝置結(jié)構(gòu)簡圖

4 結(jié)語

常規(guī)的皮帶機糾偏裝置普遍存在對井下復(fù)雜運行環(huán)境適應(yīng)性差、成本投入高等弊端，本研究所提出的氣動糾偏裝置主要以井下壓風管路壓力風流為動力源，使糾偏系統(tǒng)動力組件結(jié)構(gòu)大大簡化，對井下作業(yè)環(huán)境的適應(yīng)性更強，操作便捷，糾偏工效更高，可為井下皮帶機安全、順利、高效運行提供保證。