对矿用胶带输送机的优化与改进

董 华

（蒲县应急管理局， 山西 临汾 041200）

1 胶带运输机改进的意义

胶带运输机又称带式输送机，由于其能够满足较小空间内持续性大范围运输任务，因此广泛使用于煤矿井下生产过程中。然而，在某些特定的情况下进行运输任务时，需要胶带输送机长时间连续作业，这种情况容易使设备发生跑偏故障，严重时甚至会导致断带事故的发生，对于某些倾角较大的斜井尤为明显。相对于跑偏，断带事故发生的概率较小，但是其危害更大。一方面，斜井本身有重力的影响，倾斜的坡度会导致设备损坏时产生严重的连带损伤。另一方面，在较差的地质条件下，对机械的维修又提出了更高的要求[1]。在此背景下，对胶带运输机的断带保护以及张紧保护已经被大多数煤矿企业列入安全生产制度中。因此，对现有的胶带运输机的改进具有以下几点意义：

1）保证井下作业工人的人身安全。假如发生断带事故，在没有任何防护措施的情况下，断开的皮带很有可能对运输线周围的工人造成伤害。

2）减少故障发生后设备的损伤程度。如果发生跑偏或断带事故，由于整条运输线是一个整体的受力，所以破坏会涉及整条胶带运输机的工作面，对生产带来长时间的影响。以某公司下属某矿为例，在2002年发生两次断带事故，胶带下落至300 m处，沿途支架50以上损毁，恢复生产共出动48名工人，耗时100 h，对企业带来直接和间接损失共计200万元。

2 胶带运输机皮带跑偏原因分析

2.1 物料污染

在井下矿用胶带运输机运行过程中，设备处于持续高速运转，岩壁上各类矿石碎屑飞落。一方面，黏附在胶带表面或背面的杂物会影响其表面张力，使得胶带往外侧移动，缩短使用寿命，长期下去造成某些零件失效。另一方面，其他部位飞崩的石块对胶带运输机底部托锟造成物体打击，使得底座受力不均匀，加剧该部位的磨损[2]。

2.2 机械缺陷

对经常发生故障的生产线进行事故记录，发现机械缺陷占据了主要因素，可分为两类情况：第一类情况是设备安装问题，部分托锟安装失误，运输机在负状态工况下持续运行，长期以往变会发生故障；另一种情况是螺栓失效，一侧或两侧螺栓失效后，支架失去原有的支撑束缚作用，固定在主臂上的螺栓松动后，连接作用减弱，受力侧支架受控减弱，在强大的载荷下发生位移，受力方式和受力点均发生改变，与本身设计相差较大，使零件产生疲劳甚至毁坏失效。此外，在大倾角工作面下，常见设计缺少防滑部分，因此设备在使用过程中受重力作用自然倾斜。

2.3 管理不到位

对资料进行检查后发现，其在管理上也存在很大的漏洞。首先，缺少对设备运到后的进场检查，交付时直接签收，导致安装时出现托锟部分不匹配，使机械长期在不良工况下运行。其次，井下设备检查制度不完善，检查周期过长，不符合设备的劳损周期，因此，需要根据井下胶带运输机的故障记录确定检修时间间隔[3]。

3 机械改进

3.1 改进原理

结合上述分析，对矿用新式胶带输送机的改进需要从机械本身入手，设备需要满足一定的跑偏恢复性，即皮带发生位移后能够自发矫正的功能，同时，设备本身能够在发生断带时保持整条皮带的完整性。基于此思路，对胶带输送机进行，如下页图1所示改进。

图1 胶带运输机改进

如图1所示，将原托锟两侧增加倾斜托锟，这就使得胶带运输机中心位置摩擦力不变，两侧受重力作用向中间移动。这样的设计能够保证当皮带跑偏后，通过重力自身作用力将其带回原位置，获得自动矫正皮带的能力。与此同时，两端皮带和滚筒间存在一定的空隙，不利于夹带杂物，更方便落下的石块和其他碎屑自然下落，减少了对皮带和托锟的损伤。

此外，加设楔块式断带保护装置，建议根据井下皮带的运输量，在一定的空间间隔下安装，当发生断带事故后，在极短的时间内闸块落下，夹紧断裂的皮带两侧，保持整条皮带的张紧，对设备和人员产生保护作用。其发生作用原理为：当胶带输送机正常运行时，其左右两侧闸块与皮带运行方向相同，内部受力弹簧处于压缩状态，闸块与胶带保持10 mm悬空。当胶带运输机发生断带事故后，断带部位皮带失去张力，对托锟的摩擦力迅速变小，必有一侧托锟在失去胶带摩擦力后反向旋转，拨动如图所示6位置的拨板，触发托锟，弹簧顶出制动梁，闸口落下，将皮带夹紧，断带保护生效。

3.2 改进后特点

1）无需增加新的动力来源。防跑偏改进，依赖于设备本身重力，对皮带的位移产生约束力，起到减少跑偏位移的作用。断带保护改进，制动力来源为触发托锟内侧弹簧，触发条件为托锟反转时拨动拨板，也不需要新的动力。避免了加设新路和元件，保证了胶带运输机结构上的紧凑性[4]。

2）对皮带损伤小。制动闸与胶带接触面积足够大，在断带的瞬间对皮带夹紧时损伤小，同时在大面积制动闸下，保证煤矿不会卡塞。

4 未来研究方向

客观地说，改进还存在一定的瑕疵。比如在设计方面，胶带的断带保护机制触发条件为托锟反向旋转时，顶出制动弹簧，夹片夹住皮带。这样设计带来的问题是，在胶带运输机需要反向运行时，必须提前将所有保护弹簧重置方向，在这种情况下，断带保护的触发机制成为影响生产的不利条件，需要对设备转向进行进一步的优化。因此，未来的研究方向为整体重置方向联动装置，只需一个开关，就能使得所有的触发托锟转向。