关于矿用带式输送机断带抓捕器的设计研究

程 帅

（霍州煤电集团汾河焦煤股份有限公司回坡底煤矿，山西 洪洞 041600）

0 引 言

随着国家对煤矿资源的大量开采，越来越多的设备被应用到煤矿环境中，带式输送机作为煤矿开采过程中的重要设备，保证其具有较好的结构性能，对提高煤矿开采效率具有至关重要。皮带作为带式输送机中的重要部件，其在运行过程中，经常发生磨损严重、开裂、断裂等故障问题，事故一旦发生，将会对煤矿的开采率及井下作业安全造成严重威胁。因此，有必要在现有带式输送机上设计一套断带捕捉器装置，主要负责对皮带断带后进行快速抓捕，以此提高带式输送机的工作安全。

因此，在对带式输送机发生断裂原因分析基础上，通过分析断带抓捕器的结构组成特点及工作原理，开展了断带抓捕器的总体结构方案设计，并通过搭建试验平台，开展了断带抓捕器抓捕能力的试验测试，测试结果表明，所设计的断电捕捉器能快速对断裂皮带进行夹紧抓捕操作，整体具有较好的抓捕效果。该研究对提高带式输送机的作业安全具有重要作用。

1 带式输送机断带原因分析

带式输送机作为煤矿生产中的重要设备，目前，市场上的矿用带式输送机结构类型相对较多，但其结构基本都由机架、主动滚筒、皮带、尾架、清扫装置、电动机等组成。其在运转过程中，会在皮带与滚筒之间夹杂较多的煤渣，加上皮带长时间处于高速运转、长时间承载等状态，导致皮带出现了磨损严重、开裂及断带等故障问题，严重影响着皮带的寿命。而造成皮带断裂的原因相对较多，主要包括如下几点：

1）带式输送机上使用的皮带未按照相关国家标准规定进行生产，存在一定的质量问题，加上后期长时间的运转、承受较大的外界载荷力，导致了皮带发生了断裂故障；

2）带式输送机结构中的齿轮减速器在运转过程中，其内部的旋转轴可能会突然发生断裂，造成皮带间接发生了断裂现象；

3）带式输送机中的皮带主要采用硫化接头方式进行连接。而在接头连接时，未对连接所需的温度、压力等参数进行合理的控制，且连接工艺的不正确选择，导致连接头在长期运行过程中出现了较大裂纹、断裂等故障；

4）带式输送机在运行时，经常会出现突然停车现象，此时会使皮带突然承受着较大的载荷作用，当外界载荷较大并超过皮带的承受能力时，最终使皮带发生了断裂现象；

5）皮带运行过程中，其所运输的煤炭重量时常会发生变化，存在煤炭分布不均匀现象，加上皮带经常处于超载模式的工作状态，致使皮带因受力不均匀而出现了断裂现象。

综上分析，设计一套带式输机皮带断带时的抓捕装置，对解决带式输送机皮带断带问题具有至关重要。

2 断带抓捕器工作原理分析

结合前文分析，为有效避免相关事故的发生，在带式输送机中安装了不同数量的断带捕捉器，通过捕捉器中液压机构施加捕捉力，在较短时间和较短距离内，实现对断带后皮带的有效抓捕。该抓捕器结构相对复杂，且结构体积相对较小，主要由油缸、法兰、传感器支架、机架、移动楔块等结构组成，其结构简图如图1所示。抓捕器工作时，首先通过油缸支撑梁将缸筒进行固定，而活塞杆则穿过法兰和油缸支撑梁，与移动楔块进行连接，通过在机架上设计一定角度的倾角，可实现活塞杆的直线运动。同时，在整个结构中，将固定楔块和移动楔块进行固定，当皮带发生断带时所产生的下滑力会通过两个楔块产生的摩擦力进行相互抵消，由此，实现对断带后皮带的快速抓捕。

3 断带抓捕器总体结构方案设计

由于带式输送机在工作过程中，其下方的托琨与固定楔块支架存在一定的距离，不存在接触现象，由此，可使液压缸中的活塞杆通过伸长或收缩运动，改变移动楔块的位置，使其与皮带进行快速分离。当皮带发生断裂时，活塞杆推动移动楔块并与固定楔块进行接触，形成楔形自锁机构，最终使皮带在摩擦力作用下越拉越紧，实现对断带后皮带的快速抓捕。因此，结合带式输送机抓捕器的结构特点和结构组成，参考现有带式输送机结构尺寸，利用PROE软件，对断带捕捉器进行了整体结构设计，其结构包含了移动楔块、输送带、固定楔块、支架等部件，其整体结构方案简图如图2所示。

图2 带式输送机抓捕器整体结构简图

4 断带抓捕器试验验证

为进一步验证带式带输送断带抓捕器的综合性能，结合建立的抓捕器整体结构方案，对该抓捕器进行了实际产品设计和实物生产，开展了断带抓捕器实物的试验测试研究。所建立的试验平台包括了抓捕器结构、抓捕器液压缸、输送带、旋转编码器，试验平台的结构简图如图3所示。同时，在该试验平台中，配备了专门的液压泵站、电控箱、断带拉力产生器、速度传感器等装配，通过断带拉力产生器对皮带施加较大的拉力，通过速度传感器对皮带的运行速度进行检测，由此完成了断带捕捉器试验平台的搭建。

图3 带式输送机断带捕捉器试验测试平台

通过建立的抓捕器试验平台，对抓捕器在不同工作压力条件下，测试了抓捕器的抓捕时间变化情况，开展了抓捕器的抓捕性能的试验测试。通过测试可知，该抓捕器的整体抓捕性能相对较好，能快速实现对断带后皮带的抓捕作用。同时，当皮带在一定速度状态下运行，随着抓捕器的系统压力的逐渐增大，抓捕器使皮带停止运动的抓捕时间越短；在整个抓捕过程中，能有效实现对皮带的抓捕作用，并保证了断带后的皮带不对带式输送机产生一定的影响。据现场有经验的带式输送机操作人员介绍，该抓捕器整体效果较好，对提高带式输送机的作业安全具有重要作用，得到了现场作业人员的一致认可，建立对抓捕器进行细微结构优化后，在带式输送机上进行推广应用。

5 结 论

有效解决带式输送机皮带运行过程中发生的结构断裂问题，是当下提高带式输送机结构安全的重要改进内容。因此，首先对带式输送机发生断裂的原因进行了分析，通过分析断带抓捕器的结构组成特点及工作原理，开展了断带抓捕器的总体结构方案设计，并通过搭建试验平台，开展了断带抓捕器抓捕能力的试验测试，测试结果表明，所建立的断电捕捉器能快速对断裂皮带进行夹紧抓捕操作，整体具有较好的抓捕效果，并得到操作人员的一致好评。该研究对提高带式输送机的作业安全具有重要作用。