矿用带式输送机跑偏机理及纠偏装置设计应用

杨 滨

(晋能控股煤业集团 雁崖煤业大同有限公司，山西 大同 037031)

1 问题的提出

晋能控股煤业集团雁崖煤业大同有限公司5301巷为三盘区北部，巷道东西走向布置，巷道东部为三盘区大巷，南部为三盘区辅运平硐，西部为实煤区，北部为2302巷。

5301巷设计长度为1 215 m，巷道设计断面规格(宽×高)为4.2 m×3.5 m，巷道从三盘区辅运巷开口沿山西组4#煤层底板进行掘进，4#煤层平均厚度为3.5 m，平均倾角为3°，属石炭系煤层，稳定性差，结构复杂。5301巷采用综合机械化掘进工艺，巷道采用ZBZ260型掘进机掘进，采用SSJ-800型带式输送机进行煤矸运输，巷道每部输送机设计安装长度为650 m，巷道掘进期间共计安装两部输送机，截止2020年2月19日5301巷已掘进470 m。

5301巷安装的SSJ-800型带式输送机主要由电机、减速机、驱动滚筒、转向滚筒、输送带、机头架、H架、重梁、上下托辊、尾滚筒、清带器和各类保护装置等组成，输送机采用双电机驱动方式，每部电机功率为40 kW，输送机最大运输能力为1 500 t/h。由于受带式输送机安装质量、输送机操作维护水平等限制，5301巷在前期掘进过程中带式输送机经常出现跑偏现象，因跑偏导致断带事故9起、电机烧毁1起、电机轴承损坏事故3起，严重制约着巷道安全高效掘进。

2 带式输送机受力特性及跑偏机理分析

2.1 带式输送机受力特性分析

带式输送机主要利用驱动滚筒、转向滚筒、尾滚筒以及托辊对输送带产生摩擦动力，驱使输送带运转，输送机稳定运转过程中各滚筒轴线互相平行，且滚筒轴线与输送带中心线垂直，输送带在运输物料时沿中心线方向受力均匀，如图1(a)所示。一旦输送带出现跑偏时，不仅输送带位置发生位移，输送带中心线与滚筒轴线出现偏角，而且输送带在运输方向受力不均，如图1(b)所示，输送带受力不均后在输送带径向产生一个分力，从而加剧输送机跑偏，很容易造成输送带断带现象。

图1 输送机正常与跑偏时输送带拉应力分布图

2.2 输送机跑偏机理

通过对5301巷掘进期间带式输送机的观察发现，带式输送机出现跑偏主要有以下几方面原因：

(1) 输送机安装质量不合格。为了保证带式输送机安装质量，输送机安装前必须由地测科现场给定输送机安装中线，保证输送机安装后滚筒轴线与输送带中心线垂直。但是5301巷在掘进过程中底板不平整且巷道存在坡度，输送机安装未严格按照技术要求进行安装，导致输送机安装后卸载滚筒与尾滚筒轴线不平行，输送带在运输方向受力不均，导致输送带跑偏。

(2) 卸载物料冲击作用。5301巷采用掘进机掘进，掘进机尾部安装一部转载输送机，转载输送机电动卸载滚筒与SSJ-800型带式输送机尾部搭接联合出煤，由于输送机掘进时转载输送运煤量大，转载输送机在卸载煤矸时对下输送机产生冲击力，从而造成输送机运转失稳，导致输送机跑偏。

(3) 防跑偏效果差。5301巷SSJ-800型带式输送机主要安装防跑偏托辊对输送机跑偏进行控制，防跑偏托辊安装在输送带两侧，当输送带出现跑偏时，输送带与跑偏托辊接触防止输送带进一步跑偏，但是传统防跑偏托辊只能对跑偏量超过0.3 m以上的输送带进行控制，控制精准度低，防跑偏效果差。

3 智能电控防跑偏装置设计应用

3.1 装置结构

为了保证5301巷带式输送机稳定运行，减少输送机跑偏现象，通过技术研究设计一套智能电控防跑偏装置，该防跑偏装置主要由皮带防跑偏检测装置和皮带纠偏装置两部分组成。

(1) 皮带防跑偏检测装置：该装置主要由立辊、轴承、传动齿轮、从动齿轮、长轴、复位弹簧和角度传感器等部分组成，如图2(a)所示。每组防跑偏检测装置共计两个立辊，立辊外层为橡胶材质，立辊长度为0.6 m，直径为0.15 m，立辊安装在输送带两侧，与输送带边缘距离为0.1 m。角度传感器主要由集控器、电位器和活动变阻器等部分组成，集控器与皮带纠偏装置中的PLC连接。

(2) 皮带纠偏装置：该装置由调偏托辊、侧托辊架、托辊调高架、支撑架、蜗轮蜗杆、PLC、电机等部分组成，如图2(b)所示。每组调偏托辊主要由两个锥形侧托辊和一个中心托辊组成，托辊调高架可根据输送带跑偏量对侧托辊高度进行调整，调高行程为0.3 m～0.6 m；电机为变频电机，电机功率为1.2 kW，电机分别与PLC以及蜗轮蜗杆装置连接。

图2 带式输送机智能电控防跑偏装置结构示意图

3.2 装置工作原理

3.2.1 皮带防跑偏检测装置工作原理

带式输送机在运行过程中出现输送带跑偏时，输送带对立辊进行挤压，致使立辊旋转，输送带跑偏量与立辊旋转成正比例对应关系，立辊旋转后通过轴承、主动齿轮、从动齿轮带动长轴旋转，使得角度传感器内的滑动变阻器发生位移，从而改变滑动变阻器的电阻值，电位器及时对变阻器电阻值进行计算测量，确定立辊旋转量，并将数值通过集控器传送至PLC内。当输送带跑偏控制复位后，通过安装在长轴的复位弹簧可将立辊进行复位。

3.2.2 皮带纠偏装置工作原理

PLC接收数据信号后及时进行处理，并对纠偏装置中的变频电机发出指令动作，电机接收指令后带动蜗轮蜗杆进行左右摆动，摆动幅度根据检测皮带跑偏量确定，当输送带向右侧跑偏时，电机带动蜗轮蜗杆将右侧锥形托辊向上摆动，控制皮带跑偏，当输送带向左侧跑偏时控制原理相同。

3.3 装置结构优点

(1) 装置成本费用低：智能电控防跑偏装置结构相对简单，制造成本低，整套装置成本不足1.2万元。该装置便于安装维护，故障率低，可根据输送机运输量、运输长度确定装置安装距离。

(2) 自动化水平高：传统防跑偏托辊主要通过对跑偏输送带产生挤压作用防止输送带继续跑偏，但是无法达到输送机跑偏复位的状态；而智能电控防跑偏装置根据输送带跑偏量对输送带进行防跑偏控制，直至输送带复位，全程通过控制器控制作用，自动化水平高，防跑偏效果好，防跑偏控制精度高。

(3) 实用性强：该装置在安装时不受运输条件、输送机安装质量以及施工条件影响，不仅可用于采掘工作面中的带式输送机，而且还可用于化工、隧道等领域，实用性强、应用区域广。

4 结束语

5301巷掘进至500 m处时对带式输送机安装了5套智能电控防跑偏装置，安装距离为80 m，截止2020年6月14日5301巷已掘进到位。通过4个月现场应用观察发现，5301巷带式输送机安装智能电控防跑偏装置后有效控制了输送机跑偏现象，巷道在后期掘进过程中因输送机跑偏导致断带事故发生2起，输送带跑偏导致电机轴承损坏1起，相比巷道掘进前期因输送带跑偏导致输送机事故率降低了80%，预计可降低带式输送机维修费用达41.8万元，有效地保证了巷道安全稳定运输，取得了显著应用成效。