郭 波

(同煤集團(tuán)燕子山礦，山西 大同 037003)

0 引 言

皮帶輸送機(jī)具有輸送距離遠(yuǎn)，功耗低，工作可靠的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于煤礦的生產(chǎn)運(yùn)輸過程[1]。由于皮帶輸送機(jī)運(yùn)行工況較為復(fù)雜，如運(yùn)輸距離遠(yuǎn)，所受載荷不均勻等問題，造成皮帶機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)產(chǎn)生很多故障[2]。皮帶機(jī)運(yùn)行過程中皮帶的左右偏移會(huì)造成煤料灑落、皮帶機(jī)結(jié)構(gòu)受到破壞，零部件遭到磨損等問題，皮帶機(jī)的使用壽命大大降低[3]。

目前同煤集團(tuán)燕子山煤礦缺少對(duì)皮帶輸送機(jī)糾偏裝置的應(yīng)用，只對(duì)跑偏信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)檢測到故障信號(hào)時(shí)，對(duì)皮帶機(jī)需進(jìn)行斷電維修處理，而皮帶機(jī)跑偏的修復(fù)時(shí)間、物料清理時(shí)間等過程會(huì)直接耽誤和影響正常生產(chǎn)。因此，筆者針對(duì)皮帶輸送機(jī)跑偏故障的自動(dòng)檢測與故障處理問題，分別進(jìn)行檢測裝置與糾偏裝置的設(shè)計(jì)探究，以解決燕子山煤礦皮帶機(jī)的自動(dòng)糾偏問題。

1 皮帶跑偏故障的機(jī)理分析

皮帶機(jī)的主體結(jié)構(gòu)由皮帶、滾筒、托輥、驅(qū)動(dòng)電機(jī)與傳動(dòng)裝置等組成，主體簡化結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中省略了皮帶機(jī)的驅(qū)動(dòng)部分?？蛰d狀態(tài)下，皮帶的驅(qū)動(dòng)和改向都通過滾筒完成，各滾筒之間的皮帶依靠托輥承載，皮帶的運(yùn)行方向與滾筒和托輥的俯視中心線重合，在這種運(yùn)行狀態(tài)下，皮帶機(jī)的輸送量最大，運(yùn)行狀態(tài)最穩(wěn)定。皮帶在空載狀態(tài)下，運(yùn)行方向主要受到自身重力的影響，如果安裝時(shí)，皮帶對(duì)稱布置的狀態(tài)較好，中線兩側(cè)的力相互抵消，兩側(cè)的皮帶在重力作用下向中間靠攏，皮帶將自動(dòng)居中運(yùn)行，不發(fā)生跑偏。

圖1 皮帶輸送機(jī)結(jié)構(gòu)簡化圖

皮帶機(jī)主體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，無傾斜時(shí)，重載情況下的受力分布如圖2所示，此處將煤料分為左側(cè)煤料，中間煤料與右側(cè)煤料三部分，其中中間皮帶部分在物料的重力作用下，受到豎直向下的正壓力F；左側(cè)物料在重力作用下，對(duì)皮帶的左側(cè)斜面施加垂直于斜面向下的壓力F1與沿斜面向下的推力F2，F(xiàn)1與F2的矢量和為FG，右側(cè)物料與皮帶的受力情況與左側(cè)對(duì)稱，施加沿斜面向左的推力與垂直向下的壓力。當(dāng)F2′=F2時(shí)，皮帶處于居中狀態(tài)，輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)良好，無跑偏；當(dāng)F2′>F2時(shí)，皮帶受到總體向左的推力，推力大小Fa=F2′-F2，皮帶左移，發(fā)生跑偏故障；當(dāng)F2′

圖2 皮帶輸送機(jī)重載受力示意圖

結(jié)合以上理論分析，重點(diǎn)通過對(duì)皮帶機(jī)跑偏檢測裝置與糾偏裝置的設(shè)計(jì)，以解決皮帶機(jī)跑偏后自動(dòng)糾偏的問題，縮短故障處理的時(shí)間，為煤礦正常生產(chǎn)運(yùn)行提供保障。

2 皮帶機(jī)糾偏裝置設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)自動(dòng)可靠的糾偏效果，裝置需要滿足的要求：適應(yīng)性強(qiáng)；測量信息準(zhǔn)確；通訊穩(wěn)定可靠；無檢測盲區(qū)；安裝簡單，操作方便。

2.1 皮帶跑偏檢測裝置設(shè)計(jì)

皮帶機(jī)由于托輥軸線與主題機(jī)構(gòu)中心線不重合，滾筒圓柱度誤差大、接投不合格等原因，皮帶上的煤料可能會(huì)偏離運(yùn)行中心，當(dāng)偏移量到達(dá)一定值后，輸送帶與側(cè)面的機(jī)架發(fā)生摩擦，造成磨損、撒料等后果。跑偏檢測裝置的作用就是監(jiān)測皮帶的運(yùn)行情況，當(dāng)偏移量超過系統(tǒng)設(shè)定闕值后，檢測裝置將信號(hào)傳輸?shù)娇刂破?，?duì)偏移量進(jìn)行糾正，避免發(fā)生安全事故。

皮帶的跑偏檢測裝置如圖3所示，安裝于皮帶輸送機(jī)的兩側(cè)，當(dāng)皮帶發(fā)生偏移時(shí)，皮帶會(huì)觸碰到檢測裝置的立輥，皮帶帶動(dòng)立輥轉(zhuǎn)動(dòng)，打開裝置內(nèi)部的開關(guān)，發(fā)出跑偏信號(hào)。立輥設(shè)有縱向回轉(zhuǎn)功能，當(dāng)煤料隨著皮帶的偏移對(duì)立輥發(fā)生沖擊時(shí)，立輥可沿著皮帶的運(yùn)行方向發(fā)生一定角度的偏轉(zhuǎn)，隨后依靠彈簧或者人工進(jìn)行復(fù)位。

跑偏檢測裝置的工作方式為分級(jí)檢測，當(dāng)立輥偏轉(zhuǎn)角度為15°～30°時(shí)，發(fā)出一級(jí)跑偏故障信號(hào)，利用糾偏裝置對(duì)皮帶位置進(jìn)行調(diào)整；當(dāng)皮帶繼續(xù)發(fā)生偏移，偏轉(zhuǎn)角度達(dá)到30°以上時(shí)，發(fā)出二級(jí)跑偏故障信號(hào)，皮帶機(jī)停機(jī)檢修。跑偏檢測裝置立輥的作用力取決于立輥的回轉(zhuǎn)角度，在保證立輥可自動(dòng)復(fù)位的前提下，作用力應(yīng)當(dāng)越小越好，一般設(shè)置為20～60 N。

圖3 皮帶輸送機(jī)跑偏檢測裝置示意圖

2.2 皮帶糾偏裝置設(shè)計(jì)

在煤礦實(shí)際生產(chǎn)過程中，當(dāng)皮帶發(fā)生偏移時(shí)，無法立即停機(jī)維修，這時(shí)就要借助到糾偏裝置對(duì)皮帶的位置實(shí)現(xiàn)一個(gè)動(dòng)態(tài)調(diào)整。常用的糾偏措施有以下四種：調(diào)整托輥的高低或與皮帶的夾角；調(diào)整擋料板與皮帶的接觸位置；調(diào)整驅(qū)動(dòng)滾筒和改向滾筒相對(duì)皮帶的位置。此處設(shè)計(jì)的糾偏裝置主要是通過改變調(diào)心托輥的偏移角度，來實(shí)現(xiàn)皮帶位置的調(diào)整。

由皮帶受力分析可知，皮帶的跑偏不僅與物料自身重力影響有關(guān)，還與兩邊托輥的角度有關(guān)。比如，當(dāng)皮帶向左偏移后，通過增大左側(cè)調(diào)心托輥的偏移角度，降低右側(cè)可將皮帶調(diào)心托輥的偏移角度，可實(shí)現(xiàn)皮帶位置的糾正。此設(shè)計(jì)的皮帶輸送機(jī)糾偏裝置安裝示意圖如圖4所示。

圖4 皮帶糾偏裝置安裝示意圖1.檢測裝置安裝支架 2.立輥 3.調(diào)心托輥 4.皮帶 5.平行托輥 6.開關(guān)體

此裝置采用推桿的方式控制托孤角度。糾偏托輥組分為調(diào)心托輥組與前傾托輥組，針對(duì)不同皮帶輸送機(jī)，其具體布置方式可分為兩種：對(duì)于短距離皮帶輸送機(jī)，在每10組槽形托輥的承載分支設(shè)置一組調(diào)心托輥組；對(duì)于中長距離的皮帶輸送機(jī)，在輸送機(jī)的頭部和尾部分別設(shè)置前傾托輥組，在其他適當(dāng)位置設(shè)置調(diào)心托輥組。

3 糾偏裝置工作流程設(shè)計(jì)

糾偏裝置的控制器由PLC及相應(yīng)的控制電路組成，負(fù)責(zé)對(duì)檢測信號(hào)的處理，控制調(diào)心托輥組的偏轉(zhuǎn)角度。PLC控制器選用西門子公司的S7-300系列CPU314型號(hào)，具有結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便的特點(diǎn)，可滿足糾偏裝置的控制精度需求。糾偏裝置工作的流程設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 糾偏裝置軟件流程圖設(shè)計(jì)

系統(tǒng)初始化后，皮帶機(jī)啟動(dòng)，運(yùn)行檢測子程序，監(jiān)測皮帶運(yùn)行的位置情況。當(dāng)檢測到立輥偏轉(zhuǎn)角度在15°～30°范圍之間時(shí)，啟動(dòng)糾偏裝置，PLC控制器根據(jù)偏轉(zhuǎn)的具體角度，計(jì)算調(diào)心托輥組所需的調(diào)整角度，糾正皮帶的位置。當(dāng)檢測到偏轉(zhuǎn)角度大于30°時(shí)，糾偏裝置報(bào)警，切斷皮帶輸送機(jī)電源，進(jìn)行斷電維修。

4 實(shí)踐應(yīng)用效果

所設(shè)計(jì)的皮帶輸送機(jī)糾偏裝置，分為檢測裝置與執(zhí)行裝置兩部分，通過檢測皮帶的偏移量，可實(shí)時(shí)糾正皮帶的位置。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用效果，裝置對(duì)偏轉(zhuǎn)角度處于15°～30°之間的糾偏效果可達(dá)85%，對(duì)偏轉(zhuǎn)角度>30°的情況同樣具有糾偏預(yù)警功能，改善了皮帶機(jī)的糾偏效果，提高了皮帶2～3倍的使用壽命。

所設(shè)計(jì)的皮帶輸送機(jī)糾偏裝置，有效的改善了燕子山煤礦皮帶機(jī)的糾偏效果，避免了頻繁停機(jī)維修帶來的經(jīng)濟(jì)損耗，有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。