井下气动皮带纠偏装置设计

虞燕锋

（西山煤电西曲矿， 山西 古交 030200）

引言

作为煤矿井下主要的运输设备，皮带运输机在原煤的运输过程中起着非常重要的作用，所以其安全稳定运行是煤矿安全高效生产的保障。由于煤矿井下情况复杂，环境恶劣，皮带运输机在使用过程中经常会发生各种各样的问题，因此对皮带进行全方位的维护和系统优化可有效减少和防止事故的出现。

1 皮带跑偏的原因与后果

皮带跑偏指的是皮带在运行过程中出现偏离运输机中心线的现象，产生这种情况的主要原因是输送机机架的安装和架设不合规范、上部运输物料堆积不均衡、皮带运行过程不合理、皮带及机架不匹配等。其本质原因是因为皮带在运行过程中受力不均衡导致上方向受力较大的部位偏移。

皮带跑偏会对煤矿生产过程造成巨大的危害，例如：一是使上方运输物造成翻转掉落，可能产生摩擦起电发火等事故，严重时还会造成人员伤亡；二是皮带跑偏后由于未按正常轨道运行，其跑偏部位就会出现严重磨损，导致强度严重降低，继而出现断带等情况，产生巨大事故；三是跑偏后造成物料洒落，形成大量落煤，加大了工人的工作量和工作难度，而且此时皮带驱动处受力不均匀，加大了设备的负荷，从而对其使用寿命产生很大影响[1]。

2 传统纠偏装置

为了防止皮带运输机出现皮带跑偏等现象，皮带机在其设计之初就安装有纠偏装置。当前常用的纠偏系统主要有电动推杆式、液压驱动式及机械回转式这三种[2]。电动推杆式系统需要电机或皮带运行动力作为驱动动力源，其结构冗杂庞大，在井下复杂环境中很难有效使用，而且电控式需要额外增加电机等的防爆功能，大大增加了投入成本；液压驱动式利用皮带运行产生动力，优化了机电部分结构，但其设备造价很高，只在部分煤矿中进行了配备和应用；机械回转式的原理是当皮带发生跑偏现象时，其回转托辊机架会根据皮带偏转的位置进行反向旋转，从而纠正跑偏位置皮带。此装置结构较为简单，但其稳定性很差。在目前的使用过程中发现其纠偏效果很一般，常不能有效将皮带纠正回正确的位置，此外，当皮带跑偏严重时，因为其纠偏效果很差，反而会影响皮带运行的稳定性。因此，亟需设计出一种结构简单，应用效果稳定优良的皮带纠偏系统装置。

3 气动纠偏装置

根据《国家煤矿安全规程》要求，我国煤矿必须建立压风自救系统，且在间隔不超过200 m处必须安装气管接口。本文设计以井下常用的压风管路系统作为动力，提供纠偏装置的正常运行。本系统在运行时仅需在井下静压风管上接口处装设三通阀门引出气源，既保障了井下压风系统的正常运行，又提供了皮带纠偏系统的动力源。系统在运行过程中当皮带出现跑偏现象时，气动控制阀开启，压力气驱动气缸从而使皮带归位。本启动纠偏装置不需额外动力输入，不使用电气设备控制，结构简单稳定，可实现自动纠偏功能，适用于煤矿井下的复杂环境，具有广泛的推广意义。

3.1 气动纠偏工作原理

在气动纠偏系统中托辊架和传送皮带架通过转轴连接，当皮带运行出现偏移时气缸运行推动转轴旋转从而进行纠偏。如下页图1所示，在皮带正常运行时，立辊和托辊架处于平衡的初始位置，在这种情况下，皮带在皮带架的中间位置运行，不会触碰到立辊。

当皮带出现跑偏时，皮带与立辊接触，皮带推动立辊使立辊角度发生变化从而使立辊架的角度也随之变化，此时立辊架和换向阀的位置出现偏移，使换向阀被驱动开启，井下压风管路中风流经过换向阀流入气缸中，气缸中活塞开始伸缩变化继而回转机架角度开始旋转变化使运动跑偏的皮带不断调整角度回到初始状态，如图2所示。回转机架回复旋转的作用就是使皮带调整回初始位置，当跑偏皮带位置被纠正后，立辊重新回到初始位置，换向阀也回复到原来的状态，此时气缸运动结束，回转机架停止旋转。

图1 皮带正常运行示意图

本系统设计是根据设定的立辊旋转角度对皮带跑偏状态进行确定，同时也根据立辊的旋转角度进行开启或关闭换向阀，进而对气缸活塞运动的位移量进行调整，驱动回转托辊架进行旋转从而实现对皮带的纠偏。气动纠偏结构如图3所示。

图2 皮带跑偏示意图

图3 气动纠偏结构示意图

3.2 纠偏装置气动结构设计

气动纠偏系统装置是与立辊联结配合作用来实现皮带的纠偏。正常煤矿井下常用的压风系统气压一般为0.4～0.8 MPa，其驱动力完全可以驱动纠偏系统运行。对于部分地质条件和系统结构较为复杂，或风压不稳定、波动变化大的煤矿则需要装设增压阀或稳压阀来保障整个纠偏系统的稳定运行要求。由于压风管路系统较为复杂且传输距离远，其中风流由地面输送至井下，而煤矿环境中煤尘等杂质较多，故在压风管路与纠偏系统连接处的三通阀后需装设气体过滤器，且滤芯需保证每个月进行固定的维护和更换，以保障系统的正常运行，延长其使用寿命。此外，考虑到意外情况的发生，在纠偏系统风压管路上装设自动泄压阀，将泄压阀的临界压力值设置为1.2 MPa，如果系统出现故障或发生意外事件使压力达到1.2 MPa以上时，泄压阀自动开启，气体从泄压阀排出实现降压功能。在泄压阀的气体出口处连接设置警报铃，当出现事故时，警报铃响起，工人可及时发现并处理。泄压阀自动泄压后其进风管路压力骤减，系统自动停止运行，避免了事故的发生。当跑偏皮带纠正完成后，立辊恢复到正常运行位置，立辊架和换向阀亦复位，此时进气管路中的气缸中压力和风管中气体压力相同，但排气管处气缸中已无压力，这就使换向阀处于初始关闭位置，气缸中活塞由于两侧压力不同而仍会出现伸缩运动，导致已纠正的皮带再次出现跑偏现象。针对此现象，为防止换向阀处于关闭位置时，气缸中因压力不平衡而再次运动，加装了止回阀。止回阀的压力预设根据气缸的参数和井下实际的压风系统压力来确定，从而实现系统安全稳定运行[3-4]。气动系统的工作原理如图4所示。

图4 气动系统工作原理图

4 结论

本井下气动皮带纠偏系统装置是以井下常用的压风管路中压力风流作为原动力，无需考虑防爆要求。该装置通过皮带运行与立辊的相对位置来进行跑偏判断，从而经过风压驱动气缸运行对跑偏处皮带进行自动纠偏。本系统结构简单，操作方便。试运行后运行稳定，效果良好，大大减少了运输事故的发生，适用于我国各建立了压风系统且风压稳定大于0.4 MPa的矿井，具有良好的推广意义。