黃俊杰

（陽(yáng)泉煤業(yè)（集團(tuán)）煤機(jī)裝備研究院， 山西 陽(yáng)泉 045000）

引言

帶式輸送機(jī)是煤礦井下的重要運(yùn)輸裝備。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，所有采掘得到的煤礦70%以上是通過(guò)帶式輸送機(jī)輸送的[1]。輸送機(jī)的正常穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)采煤過(guò)程連續(xù)性有重要影響。一旦輸送機(jī)出現(xiàn)故障問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致采煤過(guò)程無(wú)法正常開展，進(jìn)而影響采煤效率[2-3]。當(dāng)前我國(guó)采煤技術(shù)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(jī)的運(yùn)輸效率提升，這對(duì)輸送機(jī)的可靠平穩(wěn)運(yùn)行提出了更高的要求[4]。對(duì)于順槽下運(yùn)帶式輸送機(jī)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(yùn)輸，裝載在皮帶上的煤礦物料在自身重力作用下會(huì)往下運(yùn)動(dòng)[5]。為避免帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度過(guò)快，驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供的是制動(dòng)力矩。如果電機(jī)提供的制動(dòng)力矩達(dá)不到使用要求就容易出現(xiàn)飛車現(xiàn)象，這是順槽下運(yùn)帶式輸送機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中最容易出現(xiàn)的問(wèn)題之一[6]。

1 順槽下運(yùn)帶式輸送機(jī)概況

順槽下運(yùn)帶式輸送機(jī)的作用是將煤礦物料沿著傾斜的巷道自上而下進(jìn)行運(yùn)輸。這種特殊的運(yùn)輸工況條件與普通的帶式輸送機(jī)運(yùn)行環(huán)境存在顯著差異。因?yàn)閹捷斔蜋C(jī)運(yùn)行的動(dòng)力主要依靠煤礦物料自身的重力，帶式輸送機(jī)的電機(jī)反而是起到制動(dòng)的作用。如圖1所示為順槽下運(yùn)帶式輸送機(jī)的總體結(jié)構(gòu)圖。從圖中可以看出，煤礦物料的重力分量與帶式輸送機(jī)的運(yùn)行方向相同。輸送機(jī)主要由驅(qū)動(dòng)滾筒、卸貨滾筒、皮帶和張緊絞車等部分構(gòu)成。驅(qū)動(dòng)裝置可以根據(jù)情況安裝在機(jī)尾部位或者機(jī)頭部位。由于煤礦物料自身重力分量會(huì)使帶式輸送機(jī)產(chǎn)生加速度，為了保證輸送機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通常情況下處于制動(dòng)發(fā)電狀態(tài)。如果由于外部因素導(dǎo)致電機(jī)突然無(wú)法正常工作，帶式輸送機(jī)失去制動(dòng)，其運(yùn)行速度將會(huì)越來(lái)越快，最終出現(xiàn)飛車安全事故，對(duì)輸送機(jī)設(shè)備造成嚴(yán)重不良影響，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)對(duì)井下工作人員的生命安全構(gòu)成威脅。

很長(zhǎng)一段時(shí)間以來(lái)，飛車事故都是威脅順槽下運(yùn)帶式輸送機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素。所以有必要對(duì)飛車現(xiàn)象產(chǎn)生的原因進(jìn)行深入分析，只有這樣才能夠更好地解決飛車問(wèn)題，保障順槽下運(yùn)帶式輸送機(jī)的安全運(yùn)行。

圖1 順槽下運(yùn)帶式輸送機(jī)總體結(jié)構(gòu)

2 順槽下運(yùn)帶式輸送機(jī)飛車根本原因

帶式輸送機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)行過(guò)程中，各種作用力對(duì)輸送機(jī)產(chǎn)生的力矩矢量和應(yīng)該等于零。如果外界作用力產(chǎn)生的力矩矢量和不為零，帶式輸送機(jī)必然會(huì)產(chǎn)生加速度或減速度，運(yùn)行狀態(tài)無(wú)法保持穩(wěn)定。輸送機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的加速力矩主要是煤礦物料重力分量產(chǎn)生的力矩，見(jiàn)圖1。制動(dòng)力矩主要包含三個(gè)方面，分別為皮帶與滾筒和托輥間的摩擦力矩、制動(dòng)器的制動(dòng)力矩、電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)力矩。當(dāng)帶式輸送機(jī)的加速力矩和制動(dòng)力矩相等時(shí)，兩者保持平衡，此狀態(tài)下帶式輸送機(jī)能夠保持穩(wěn)定可靠運(yùn)行。當(dāng)帶式輸送機(jī)的制動(dòng)力矩大于加速力矩時(shí)，帶式輸送機(jī)將會(huì)處于制動(dòng)狀態(tài)，運(yùn)行速度會(huì)逐漸降低，直至徹底停止運(yùn)行。當(dāng)制動(dòng)力矩小于加速力矩時(shí)，輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)會(huì)失去平衡，處于加速狀態(tài)，皮帶的運(yùn)行速度會(huì)越來(lái)越快。直到煤礦物料運(yùn)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(huì)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(dǎo)致帶式輸送機(jī)發(fā)生飛車現(xiàn)象的原因可歸結(jié)為兩大方面。第一為煤礦物料重力分量導(dǎo)致的加速力矩太大，出現(xiàn)這種情況的原因是輸送機(jī)實(shí)際運(yùn)載的煤礦物料總量超過(guò)了額定值，發(fā)生了超載現(xiàn)象。第二為制動(dòng)措施產(chǎn)生的制動(dòng)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(yán)重磨損，滾筒和托輥表面潮濕時(shí)都有可能導(dǎo)致這種情況的出現(xiàn)；制動(dòng)器無(wú)法提供要求的制動(dòng)力矩；電機(jī)無(wú)法提供要求的制動(dòng)力矩，比如電動(dòng)機(jī)突然斷電等。上述三個(gè)原因都是導(dǎo)致輸送機(jī)出現(xiàn)飛車現(xiàn)象的主要原因。

3 順槽下運(yùn)帶式輸送機(jī)飛車防治措施

通過(guò)上文的分析可以知道，導(dǎo)致帶式輸送機(jī)出現(xiàn)飛車問(wèn)題的原因主要有兩點(diǎn)，分別為帶式輸送機(jī)超載和制動(dòng)力矩不足。因此，可以基于以上兩點(diǎn)開展飛車防治工作。

3.1 嚴(yán)格控制帶式輸送機(jī)的運(yùn)載量

應(yīng)該加強(qiáng)帶式輸送機(jī)的日常使用管理，嚴(yán)格控制輸送機(jī)單位時(shí)間內(nèi)的煤礦物料輸送量，不得出現(xiàn)超載問(wèn)題。煤礦物料在皮帶上的裝載應(yīng)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(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。另外，在滿足實(shí)際使用需要的前提下，為提升帶式輸送機(jī)的安全系數(shù)，盡可能減小單位時(shí)間內(nèi)的煤礦運(yùn)輸量。

3.2 增加帶式輸送機(jī)的制動(dòng)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(jī)制動(dòng)力矩的重要構(gòu)成部分。對(duì)于順槽下運(yùn)帶式輸送機(jī)載重比較大的區(qū)域，可以使用阻尼托輥，通過(guò)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(dòng)力矩，緩解電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)輸出，提升輸送機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性。如圖2所示為阻尼托輥結(jié)構(gòu)示意圖，托輥總體上為鋼結(jié)構(gòu)，由多個(gè)結(jié)構(gòu)件構(gòu)成。主要由托輥管體、軸承和軸套、軸承座和階梯軸構(gòu)成。該類型托輥在正常工作時(shí)，軸承座內(nèi)軸與軸套之間會(huì)產(chǎn)生較大的摩擦力、止推軸承端面與軸套端面間同樣會(huì)產(chǎn)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(dá)到0.03左右。

2）選用KZP盤形制動(dòng)器。制動(dòng)器對(duì)于帶式輸送機(jī)的安全運(yùn)行至關(guān)重要，尤其是順槽下運(yùn)帶式輸送機(jī)制動(dòng)器尤為重要。制動(dòng)器位置的選擇會(huì)影響其制動(dòng)效果，為了達(dá)到理想的制動(dòng)效果，制動(dòng)器應(yīng)該裝設(shè)在傳動(dòng)滾筒側(cè)。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，KZP盤形制動(dòng)器能達(dá)到非常好的應(yīng)用效果，其優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：第一，液壓制動(dòng)器能夠快速貼合制動(dòng)盤，但不會(huì)造成非常大的沖擊，能實(shí)現(xiàn)一級(jí)制動(dòng)到位，保障了制動(dòng)過(guò)程的安全性；第二，制動(dòng)液壓系統(tǒng)通過(guò)雙回路結(jié)構(gòu)進(jìn)行工作，當(dāng)主用回路結(jié)構(gòu)出現(xiàn)故障時(shí)，備用回路結(jié)構(gòu)能馬上投入使用，確保了制動(dòng)裝置的運(yùn)行可靠性。即便在突然停電的情況下制動(dòng)器還可以通過(guò)蓄能器繼續(xù)進(jìn)行工作；第三，制動(dòng)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，如果不及時(shí)進(jìn)行冷卻就會(huì)影響制動(dòng)器的效果，嚴(yán)重時(shí)使制動(dòng)器損壞無(wú)法正常工作。KZP盤形制動(dòng)器具備有自我冷卻效果，通過(guò)這種設(shè)計(jì)能提升制動(dòng)器的運(yùn)行可靠性。

3）選用功率更大的電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)功率越大，能夠提供更大的制動(dòng)力矩。所以在對(duì)順槽下運(yùn)帶式輸送機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)選用電動(dòng)機(jī)型號(hào)時(shí)，應(yīng)該適當(dāng)增加安全系數(shù)，選用功率更大的電動(dòng)機(jī)，以提升輸送機(jī)的運(yùn)行可靠性。另一方面，要確保電動(dòng)機(jī)供電的可靠性，采用雙回路供電。當(dāng)主供電線路出現(xiàn)故障問(wèn)題無(wú)法正常供電時(shí)，備用供電電路能夠馬上啟用，避免由于斷電導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)無(wú)法工作，使得帶式輸送機(jī)失去控制。

4）設(shè)計(jì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度監(jiān)控系統(tǒng)。可以通過(guò)專業(yè)的傳感器對(duì)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行監(jiān)控。一旦監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)輸送機(jī)運(yùn)行速度出現(xiàn)異常，就采取措施對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)控制。如下頁(yè)圖3所示為順槽下運(yùn)帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度監(jiān)控系統(tǒng)原理示意圖。

圖2 阻尼托輥結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

順槽下運(yùn)帶式輸送機(jī)工作環(huán)境比較特殊，使用過(guò)程中容易出現(xiàn)飛車問(wèn)題。出現(xiàn)飛車問(wèn)題的根本原因在于，皮帶上面的煤礦物料重力分量產(chǎn)生的加速力矩超過(guò)了帶式輸送機(jī)的制動(dòng)力矩，使輸送機(jī)運(yùn)行速度越來(lái)越快。結(jié)合實(shí)際情況提出飛車防治措施，主要包括嚴(yán)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(dòng)器、選用功率更大的電動(dòng)機(jī)并確保供電可靠性、設(shè)計(jì)帶式輸送機(jī)運(yùn)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(jī)的飛車現(xiàn)象。

圖3 順槽下運(yùn)帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度監(jiān)控系統(tǒng)原理示意圖