煤礦主斜井帶式輸送機(jī)制動(dòng)裝置技術(shù)改造

馬 龍

（同煤集團(tuán)馬道頭煤業(yè)有限責(zé)任公司通風(fēng)區(qū)， 山西 大同 037000）

引言

我國(guó)早期礦井多數(shù)采用GD鋼絲牽引帶式輸送機(jī)進(jìn)行作業(yè)，這些礦井都具備輸送量大、輸送距離超長(zhǎng)、傾角大的特點(diǎn)，制動(dòng)裝置在作業(yè)過(guò)程中不斷受動(dòng)載荷沖擊，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)下滑現(xiàn)象。造成這一現(xiàn)象主要原因?yàn)槎鄶?shù)輸送機(jī)的制動(dòng)裝置未滿足《煤礦安全規(guī)程》中對(duì)其制定的安全技術(shù)要求，存在極大安全隱患，因此應(yīng)對(duì)其進(jìn)行改造。

1 制動(dòng)力矩影響因素

圖1為膠帶輸送機(jī)廣泛采用的盤(pán)型制動(dòng)裝置器中的單只盤(pán)型制動(dòng)器示意圖，現(xiàn)假設(shè)制動(dòng)器正處于理想作業(yè)狀態(tài)。

圖1 單只盤(pán)型制動(dòng)器示意圖

當(dāng)P達(dá)到最大油壓Pmax時(shí)，蝶形彈框承受最大壓縮量，閘瓦與制動(dòng)輪處于最大間隙、完全松閘狀態(tài)，油壓和彈簧力處于平衡，如式（1）：

式中：A為制動(dòng)油缸當(dāng)中的有效面積，K為彈簧剛度，Xmax為碟形彈簧最大壓縮量。

當(dāng)油壓達(dá)到完全制動(dòng)油壓（系統(tǒng)殘壓），碟形彈簧壓縮量處于最小狀態(tài)，閘瓦、制動(dòng)輪無(wú)間隙接觸，產(chǎn)生最大制動(dòng)力Fmax如式（2）：

式中：Xmin為碟形彈簧最小壓縮量，Pc為系統(tǒng)的殘壓。

當(dāng)油壓P在Pc≤P≤Pmax進(jìn)行變化，同時(shí)蝶形彈簧壓縮量X變化于Xmin≤X≤Xmax時(shí)，制動(dòng)力式（3）：

為確保制動(dòng)器無(wú)附加變形現(xiàn)象，且主軸無(wú)附加軸向力，通常情況下會(huì)成對(duì)使用盤(pán)型制動(dòng)器，在同一圓周上對(duì)稱分布。在設(shè)置n副副制動(dòng)情況下，盤(pán)型制動(dòng)器最大制動(dòng)力矩Mmax如式（4）：

式中：n表示制動(dòng)器副數(shù)，μ指閘瓦摩擦的系數(shù)，通常取 0.4，Ra表示平均摩擦半徑，將式（2）帶入式（4）可以得出式（5）：

對(duì)式（5）分析可以得出，盤(pán)型制動(dòng)器所產(chǎn)生的最大制動(dòng)力矩同制動(dòng)器的摩擦系數(shù)、摩擦半徑以及制動(dòng)器副數(shù)成正比關(guān)系，同蝶形彈簧剛度為正相關(guān)。

2 主斜井帶式輸送機(jī)改造策略

以同煤集團(tuán)馬道頭煤礦為例。該礦井采用的GD鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)安裝于1996年，拖動(dòng)電機(jī)為40 kW雙電機(jī)，350 t/h輸送量、1 125人/h，膠帶總長(zhǎng)1 652m，14°26'傾角。該礦井運(yùn)輸距離長(zhǎng)，輸送機(jī)的制動(dòng)力矩、最大靜張力差在閘輪上發(fā)生的力矩比值為1.72，《煤礦安全規(guī)程規(guī)定》中明確指出該系數(shù)必大于2且小于3，因此該輸送機(jī)不符合規(guī)定，一旦在生產(chǎn)作業(yè)中出現(xiàn)操作不當(dāng)，極易造成嚴(yán)重事故。

2.1 增加盤(pán)型制動(dòng)裝置副數(shù)

以式（5）最大制動(dòng)力矩公式為依據(jù)，對(duì)制動(dòng)裝置制動(dòng)器副數(shù)n進(jìn)行增加，將現(xiàn)有制動(dòng)盤(pán)上副制動(dòng)器×4增加到副制動(dòng)器×6，兩個(gè)制動(dòng)盤(pán)一共增加4副制動(dòng)器，使制動(dòng)裝置總體達(dá)到12副制動(dòng)器。改裝為螺栓連接結(jié)構(gòu)形式，將原本每個(gè)閘樁安裝的2副制動(dòng)器增加到3副制動(dòng)氣，具體改造圖如下頁(yè)圖2所示。

2.2 增加制動(dòng)盤(pán)和閘瓦的接觸面積

將制動(dòng)盤(pán)和閘瓦的接觸面積增大，能夠有效減少制動(dòng)盤(pán)、閘瓦接觸比壓，從而降低閘瓦的發(fā)熱量，有效改善閘瓦工作狀態(tài)，并將其使用壽命有效延長(zhǎng)。

圖2 盤(pán)形制動(dòng)閘改造示意圖

2.3 改造蝶形彈簧

更換原有的碟形彈簧，增加碟形彈簧的剛度，將力矩提高。

2.4 反向安裝閘瓦磨損開(kāi)關(guān)

圖3為原閘瓦磨損行程開(kāi)關(guān)。

圖3 原有閘瓦磨開(kāi)關(guān)示意圖

原有閘瓦的模塑開(kāi)關(guān)行程短，等瞬間開(kāi)啟壓力增大時(shí)，閘瓦磨損開(kāi)關(guān)容易被制動(dòng)閘塊頂壞，倘若將行程調(diào)整過(guò)大，容易造成磨損開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作現(xiàn)象，同時(shí)誤動(dòng)作后，確定故障點(diǎn)工序較為繁瑣，需要將24個(gè)閘瓦開(kāi)關(guān)依次進(jìn)行檢查，耗費(fèi)大量人力，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。因此最佳解決方式是反向安裝原閘瓦磨損開(kāi)關(guān)，改造圖如圖4。

經(jīng)過(guò)改造后的閘瓦磨損行程開(kāi)關(guān)，有效避免了閘塊在開(kāi)啟瞬間頂壞磨損開(kāi)關(guān)現(xiàn)象，同時(shí)在閘瓦上固定行程板，隨著制動(dòng)閘塊向著制動(dòng)輪方向運(yùn)動(dòng)，讓閘瓦磨損開(kāi)關(guān)動(dòng)作真實(shí)反映出閘瓦磨損的情況。

3 技術(shù)改造操作步驟、關(guān)鍵要點(diǎn)、創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 操作步驟

1）對(duì)閘樁供油管路逐個(gè)拆除，拆下地腳螺栓后，將機(jī)座上的閘樁調(diào)離，進(jìn)行機(jī)座找平工作。

2）將新閘樁吊于機(jī)座上方，找正后逐個(gè)放下。3）對(duì)制動(dòng)器上供油管路進(jìn)行逐個(gè)安裝。

4）將閘瓦磨損開(kāi)關(guān)反向安裝，在閘瓦上加裝、固定行程板，調(diào)整閘瓦的間隙。

圖4 反向安裝閘瓦磨損開(kāi)關(guān)示意圖

5）停車狀態(tài)下反復(fù)進(jìn)行開(kāi)閘、合閘動(dòng)作試驗(yàn)，并在過(guò)程中進(jìn)行間隙調(diào)整。

3.2 改造操作關(guān)鍵要點(diǎn)

1）將地腳螺栓進(jìn)行固定后，須確保制動(dòng)輪與每副閘瓦緊密、均勻貼合，安裝期間嚴(yán)格控制制動(dòng)盤(pán)中心線、地腳螺栓中心線、制動(dòng)閘盤(pán)中心線的相對(duì)高度。

2）每副新增制動(dòng)閘制動(dòng)半徑須保持一致，精確閘瓦之間的相對(duì)高度。

3）試運(yùn)行期間，輸送機(jī)各項(xiàng)參數(shù)調(diào)配：閘瓦間隙為 1.25mm，油壓為 5.6～6.3MPa。

3.3 改造后的測(cè)試、計(jì)算

等效最大制動(dòng)力矩法，對(duì)皮帶輸送機(jī)進(jìn)行制動(dòng)力矩實(shí)測(cè)，同時(shí)利用張力傳感器在切線方向上進(jìn)行最大張力測(cè)試，所產(chǎn)生的最大制力矩如式（6）：

式（6） 中：M1代表實(shí)測(cè)制動(dòng)力矩，kN·m；F1表示 1閘、2閘的制動(dòng)力，實(shí)測(cè)29.3 kN；F2表示3閘、4閘的制動(dòng)力，實(shí)測(cè)31.8 kN；F3表示5閘、6閘的制動(dòng)力，實(shí)測(cè)40 kN；F4表示7閘、8閘的制動(dòng)力，實(shí)測(cè)31.5 kN；F5表示 9閘、10閘的制動(dòng)力，實(shí)測(cè) 36.1 kN；F6表示11閘、12閘的制動(dòng)力，實(shí)測(cè)48.1 kN；F01表示完全敞閘狀態(tài)，滾筒上系統(tǒng)作用的阻力折算到左閘樁中每一個(gè)閘盤(pán)的動(dòng)力平均值，8.2 kN；F7表示13閘、14閘的制動(dòng)力，實(shí)測(cè)44.3 kN；F8表示15閘、16閘的制動(dòng)力，實(shí)測(cè)72 kN；F9表示17閘、18閘的制動(dòng)力，實(shí)測(cè)72.6 kN；F10表示19閘、20閘的制動(dòng)力，實(shí)測(cè)72.8 kN；F11表示 21閘、22閘的制動(dòng)力，實(shí)測(cè) 53.5 kN；F12表示23閘、24閘的制動(dòng)力，實(shí)測(cè)70.7 kN；F02表示完全敞閘狀態(tài)下，滾筒上阻力折算到右側(cè)閘樁中每個(gè)閘盤(pán)上的動(dòng)力平均值，8.1 kN。

帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得實(shí)測(cè)制動(dòng)力矩M1=775.6 kN·m。

3.4 技術(shù)改造創(chuàng)新點(diǎn)

1）將傳統(tǒng)的焊接結(jié)構(gòu)采用螺栓連接形式代替、便于進(jìn)行部件的拆卸、更換工作。

2）在供油管理上增設(shè)了截止閥，便于對(duì)部件、閘進(jìn)行測(cè)試。

3）在閘瓦上加裝了行程板，有效避免閘瓦磨損開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作以及開(kāi)啟瞬間被閘塊頂壞的現(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)改造的主斜井所采用的GD帶式輸送機(jī)，在有效提高帶式輸送機(jī)作業(yè)效率、提高礦井生產(chǎn)能力的同時(shí)，為安全生產(chǎn)提供了良好保障，在采集作業(yè)中取得了十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益。