李鑫鑫
(同煤集團忻州窯礦,山西 大同 037000)
帶式輸送機具有運量大、可連續(xù)運輸、適應(yīng)各種角度等優(yōu)點,已經(jīng)被現(xiàn)代化礦井廣泛采用,成為礦井運輸系統(tǒng)的重要組成部分,極大的提高了礦井運輸系統(tǒng)效率[1]。通過多年的應(yīng)用,帶式輸送機經(jīng)過廠家和相關(guān)研究人員的不斷改進(jìn), 設(shè)備穩(wěn)定性、自動控制能力、運行安全性也不斷提高[2-3],但仍然存在皮帶跑偏、托輥損壞、減速機斷軸、皮帶撕裂等問題[4]。因此,對帶式輸送機常見故障進(jìn)行分析并提出優(yōu)化方案具有重要意義。
帶式輸送機可實現(xiàn)煤炭的連續(xù)運輸。 為方便帶式輸送機在掘進(jìn)和回采過程中的延伸和縮回,目前, 忻州窯煤礦采用DTL 型伸縮式帶式輸送機,通過在帶式輸送機添加自移機尾的方式實現(xiàn)。 在自移機尾前移時,通過張緊器將多余的皮帶收儲在儲帶裝置中。 帶式輸送機主要包括機械設(shè)備、電氣設(shè)備及附屬部件三部分。 其中機械設(shè)備主要包括:驅(qū)動裝置、機頭、機身、自移機尾、張緊裝置、加載裝置和儲帶裝置等。 DTL 型帶式輸送機結(jié)構(gòu)見圖1。
圖1 DTL 型帶式輸送機結(jié)構(gòu)
帶式輸送機是礦井主要運輸設(shè)備,其工作環(huán)境惡劣、連續(xù)工作時間長、工作負(fù)載大、所受沖擊力強、安裝環(huán)境受限等特點,導(dǎo)致帶式輸送機容易出現(xiàn)故障[6]。 本次主要針對以下幾種常見故障情況進(jìn)行分析:
(1)托輥損壞
帶式輸送機運行環(huán)境惡劣,經(jīng)常存在大量的粉塵、水、煤泥等,會進(jìn)入機械設(shè)施中,導(dǎo)致機械設(shè)備損壞;高負(fù)載狀態(tài)下會對運轉(zhuǎn)設(shè)備產(chǎn)生較大的正壓力;大塊的煤炭和矸石從高處落下會對皮帶及相應(yīng)運轉(zhuǎn)設(shè)備產(chǎn)生強大的沖擊力,這些都會導(dǎo)致皮帶托輥出現(xiàn)磨損甚至損壞,托輥不正常運行也會導(dǎo)致皮帶損傷,影響帶式輸送機的正常運轉(zhuǎn)。
(2)減速機斷軸分析
帶式輸送機運行過程中,驅(qū)動電機與減速機的傳動軸經(jīng)常會發(fā)生斷裂。 通過對斷裂位置和斷裂面的觀察, 斷裂位置常常出現(xiàn)在減速機傳動軸的中部,貝殼狀斷口,是典型的由于金屬疲勞產(chǎn)生的斷裂。 減速系統(tǒng)在運行過程中,傳動軸受到的拉應(yīng)力較大,使傳動軸發(fā)生變形,且在旋轉(zhuǎn)過程中傳動軸的中部受到較強的扭應(yīng)力,兩種應(yīng)力疊加在傳動軸上,使其持續(xù)變形,產(chǎn)生金屬疲勞,不斷積累使傳動軸發(fā)生斷裂。 通過對減速系統(tǒng)的分析,其液力耦合器較重,且安裝于減速機的端部,在轉(zhuǎn)動過程中使傳動軸受到較大徑向應(yīng)力,致使運行不平衡,是產(chǎn)生金屬疲勞的主要原因,而裝配誤差過大也會對其造成一定影響,加劇了傳動軸受損情況。
(3)皮帶跑偏分析
皮帶跑偏是帶式輸送機最為常見的故障之一。皮帶跑偏主要有以下幾種原因:帶式輸送機皮帶所受張力不同,則會向張力較大的一側(cè)偏移;皮帶中心線不平直,使皮帶向彎曲側(cè)偏移;若皮帶架兩側(cè)高低不同,在重力作用下皮帶會向低處偏移;帶式輸送機在裝配過程中,如果皮帶與滾筒垂直面存在夾角,使其一端在前一端在后,則會導(dǎo)致皮帶向后跑偏。
為減少皮帶托輥在運行過程中受到的沖擊力,對托輥進(jìn)行優(yōu)化,增加緩沖裝置,可以吸收一部分沖擊力, 從而增加帶式輸送機的使用壽命,DTL 型礦用帶式輸送機優(yōu)化后的緩沖托輥見圖2。 托輥增加緩沖裝置優(yōu)化后,在其自身重力的作用下,通過緩沖彈簧形成一個平衡系統(tǒng), 以此增加抗沖擊能力。 在緩沖彈簧設(shè)計時,要使其具有充足的彈性富裕系數(shù),在皮帶瞬間過載情況下能夠發(fā)揮較強的緩沖效果。 優(yōu)化后的托輥還能使皮帶具有較好的緩沖性能,增加托輥和皮帶的抗沖擊能力,減少由于大塊煤巖體沖擊造成的損壞,確保帶式輸送機穩(wěn)定運行。
圖2 帶式輸送機優(yōu)化后的緩沖托輥
(1)液力偶合器聯(lián)軸安裝過程中,要采用百分表等精密儀器對中,提高裝配精度,確保驅(qū)動軸、傳動軸和從動軸中心線吻合, 誤差小于0.01 mm,從而避免產(chǎn)生徑向應(yīng)力。
(2)調(diào)整液力偶合器位置,將其安裝于驅(qū)動電機的輸出軸側(cè),使輸出軸和減速軸所受到的承載力分布均勻,減少換檔軸所受作用力,從而減輕金屬疲勞。
(3)定期對換擋軸進(jìn)行維護和檢修,確保其運行穩(wěn)定,若在運行過程中出現(xiàn)振動和噪音等,要對故障原因進(jìn)行判斷,及時檢修。
為確保優(yōu)化措施效果,對傳動軸優(yōu)化前后皮帶的張力進(jìn)行了檢測,結(jié)果見圖3。
圖3 傳動軸優(yōu)化前后皮帶張力變化情況
通過對圖3(a)張力原始曲線數(shù)據(jù)分析,啟動與制動時會出現(xiàn)較強的沖擊力, 且數(shù)據(jù)曲線呈鋸齒狀, 表明帶式輸送機在運行過程中出現(xiàn)較大的振動。由圖3(b)可知,對帶式輸送機進(jìn)行優(yōu)化后,啟動時張緊力減小,而在正常運行期間,數(shù)據(jù)曲線波動平緩,沒有出現(xiàn)較大的振動。
本次設(shè)計的自動糾偏裝置主要由糾偏夾和自動糾偏裝置構(gòu)成。 自動糾偏裝置包括托輥機構(gòu)和蝸輪蝸桿傳動機構(gòu),托輥包括調(diào)心托輥、立架和托輥支撐架;蝸輪蝸桿機構(gòu)包括底座、渦輪支撐架、蝸桿支撐架、蝸輪、蝸桿、蝸輪轉(zhuǎn)軸等組成。 帶式輸送機在運行時通過糾偏夾上安裝的傳感器對皮帶運行狀況進(jìn)行檢測,一旦皮帶跑偏,自動糾偏裝置將根據(jù)跑偏方向及跑偏程度等數(shù)據(jù)對皮帶進(jìn)行糾偏。 具體為電機啟動使蝸桿轉(zhuǎn)動,通過高傳動比帶動渦輪旋轉(zhuǎn),渦輪轉(zhuǎn)軸調(diào)整托輥機構(gòu)的角度,完成皮帶糾偏動作。 糾偏夾和自動糾偏裝置見圖4、圖5。
圖4 帶式輸送機糾偏夾
圖5 自動糾偏托輥三維
對帶式輸送機相關(guān)部件進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化后,于2018年10月在忻州窯8939 工作面皮帶運輸巷開展應(yīng)用試驗,試驗時帶式輸送機的運行和負(fù)載與正常生產(chǎn)相同。 近17 個月應(yīng)用試驗結(jié)果表明:帶式輸送機優(yōu)化之后在高負(fù)載狀態(tài)下,能夠長時間保持穩(wěn)定運行,噪音較低,沒有出現(xiàn)輸送機斷軸和托輥斷裂等情況;通過安裝自動糾偏裝置,緩解了皮帶跑偏情況,實現(xiàn)自動管理。 綜上所述,在對帶式輸送機進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化后,提高了皮帶運行穩(wěn)定性,降低了故障率,減少了維修成本,同時具有較好的糾偏性能,提高了運輸系統(tǒng)效率。
通過對帶式輸送機容易出現(xiàn)托輥損壞、減速機斷軸及皮帶跑偏等常見故障原因分析,針對性提出優(yōu)化改進(jìn)方案并采取措施,實踐應(yīng)用效果明顯。 主要結(jié)論如下:
1)對帶式輸送機的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行介紹,詳細(xì)分析出現(xiàn)托輥損壞、減速機斷軸和皮帶跑偏問題的原因。
2)針對以上帶式輸送機常見故障,提出了有效的優(yōu)化方案,并對優(yōu)化效果進(jìn)行了檢測。 優(yōu)化后的帶式輸送機應(yīng)用期間運行穩(wěn)定, 減少了托輥損壞、減速機斷軸和皮帶跑偏等故障; 降低了故障率,提高了皮帶使用壽命,減少了維修成本;提高了運輸系統(tǒng)的運行效率。