劉 璐
(晉能控股煤業(yè)集團麻家梁煤業(yè)有限公司,山西 朔州 036000)
隨著我國城鎮(zhèn)化進度建設的加快,對煤炭開采總量以及生產(chǎn)效率有了更進一步的要求。礦井內(nèi)所有機械設備都應符合高效率化以及安全性的技術標準,尤其是煤炭輸送系統(tǒng)的效率非常關鍵。作為輸送系統(tǒng)的關鍵設備——帶式輸送機承擔著運煤的重任,將煤炭從礦井內(nèi)運送至規(guī)定的地點[1]。隨著開采環(huán)境的不斷惡劣,地層條件的多變復雜性,使得帶式輸送機在作業(yè)過程中的從容性有所欠缺。由于工作面巷道的限制,帶式輸送機只能直線運輸,當遇到需要急轉(zhuǎn)彎或連續(xù)轉(zhuǎn)彎的情況時就會變得很困難并且造成了能耗的浪費。因此,以DSJ90型帶式輸送機作為研究對象,從帶式輸送機的整體結(jié)構(gòu)設計方面進行技術改造,并結(jié)合電氣設備自動化的設計,全面提升帶式輸送機對礦井的適用性,并在實際工程中發(fā)揮出良好的效果。
DSJ90型帶式輸送機在某煤礦工作時,會遇到三次轉(zhuǎn)彎運輸過程,轉(zhuǎn)彎的角度分別為21°、25°、25°,三段轉(zhuǎn)彎的總長度為214 m[2]。該型號輸送機在轉(zhuǎn)彎時會對皮帶進行搭接,皮帶前后的運轉(zhuǎn)電機功率不一致,在轉(zhuǎn)載煤炭時會造成能耗的浪費。該煤礦安裝有兩臺DSJ90型帶式輸送機和一臺SGB770/80T型刮板輸送機,總體輸送長度為560 m。但是三臺輸送機均未實現(xiàn)自動化集中控制,每個輸送機由一個技術工人控制,在協(xié)同操作和信息報送方面存在滯后性,缺乏統(tǒng)一的集中控制。
DSJ90型帶式輸送機主要由機頭、機身、機尾三個主要部分組成,可分別對三個部分的結(jié)構(gòu)設計進行考慮[3]。一是機頭部位:DSJ90型帶式輸送機的輸出功率較大,遇到短距離大轉(zhuǎn)角輸送時,可減小電機驅(qū)動的功率,配置更小體積的減速器箱體,皮帶張緊裝置與機頭部位進行有效銜接。二是機身部位:機身部位可有效的對H架與縱梁的數(shù)目進行增減,從而達到輸送機伸長和縮短的目的。三是機尾部位:DSJ90型帶式輸送機的機尾由十個基尾架組成,保證了整體的鋼度和強度,為了縮短在轉(zhuǎn)角處的安裝距離,可以增加錨桿的方式代替機尾架的安裝,機尾架結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
圖1 DSJ90型帶式輸送機機尾部分示意圖
結(jié)合總體方案構(gòu)想及工況情況,為了使得帶式輸送機的安裝長度縮短至15 m,可改變輸送機的驅(qū)動機構(gòu),對機頭架和張緊裝置進行優(yōu)選,同時對機尾的托輥進行重新設計。
為了提高帶式輸送機的適應性,首先應對其轉(zhuǎn)彎裝置進行技術改造,能夠更好地滿足礦井內(nèi)彎轉(zhuǎn)的工作面。影響帶式輸送機轉(zhuǎn)彎運輸性能的為托輥組,通過改造托輥組并且加裝強制轉(zhuǎn)換的裝置,當帶式輸送機在小于45°時能夠輕松實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎運輸[4]。
托輥組結(jié)構(gòu)設計主要根據(jù)轉(zhuǎn)彎半徑確定。托輥組的吊鉤、增設立棍和彈性支撐結(jié)構(gòu)也對整體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)彎通過性造成影響??梢栽鲈O立棍結(jié)構(gòu)實現(xiàn)帶式輸送機在彎曲通道的強制轉(zhuǎn)彎,由于皮帶空載時,皮帶下支撐的彈簧收縮量較小,如果縮小皮帶內(nèi)曲線夾角,可以實現(xiàn)增加離心推力的目的。利用托輥組傾角與皮帶支撐力的關系特性,將托輥組的內(nèi)曲線夾角縮小,如圖2所示。
圖2 托輥組內(nèi)曲線夾角縮小示意圖
DSJ90型帶式輸送機在面對不同的轉(zhuǎn)彎角度時,如果采用不同的托輥組,不僅將增加成本,而且對工作效率造成較大影響。通常在托輥組下部安裝方便調(diào)節(jié)的托輥支架,常用的支架造型為三角形或直立結(jié)構(gòu)[5]。前者結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較好,但是無法有效保證兩側(cè)傾斜支撐的對稱性;后者結(jié)構(gòu)簡單,但受到側(cè)向作用力時容易發(fā)生偏轉(zhuǎn)。因此將兩者結(jié)構(gòu)進行結(jié)合優(yōu)化,形成如圖3所示結(jié)構(gòu),其中兩側(cè)結(jié)構(gòu)為立輥,上側(cè)結(jié)構(gòu)為壓輥,適用于轉(zhuǎn)彎角度大的地形條件。
圖3 托輥支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化示意圖
帶式輸送機的技術改造不僅包括零部件設計,還將實現(xiàn)電氣自動化的集中控制功能。集中控制系統(tǒng)的信息采集將依靠布置在關鍵點位的傳感器實現(xiàn)。根據(jù)工況條件,采用PLC配合傳感器將實現(xiàn)低速打滑保護、溫度超高保護、卸煤堆積保護、粉塵煙霧保護、跑偏保護、撕裂保護、拉線急停保護等功能。同時控制系統(tǒng)的設計目的是礦井技術員控制多部輸送機,還需要具備的功能:一是對輸送機高度的集中控制;二是并且有顯示器實現(xiàn)人機交互的信息讀?。蝗强蓴U展性較強,能夠為未來升級提供余量并且為隔爆本質(zhì)安全型設備。
根據(jù)礦井工作面內(nèi)帶式輸送機的安裝位置,帶式輸送機機頭位置安裝PLC的控制器,形成多功能控制器總站與分站的連接網(wǎng)絡并且具有保護功能。但是礦井內(nèi)不僅有帶式輸送機,還有刮板輸送機,由于刮板輸送機不接入集中控制系統(tǒng),需采用人工控制[6]。整體系統(tǒng)的通訊采用抗干擾性較強的RS-485通訊電纜,有顯示器及時報送輸送機的運行狀態(tài)。配備按鈕對帶式輸送機的關鍵動作實行操作,控制系統(tǒng)設計圖如圖4所示。
圖4 帶式輸送機集中控制系統(tǒng)設計圖
帶式輸送機強制轉(zhuǎn)彎裝置為圖5中的結(jié)構(gòu)造型,按照設計制造出工程實物。在DSJ90型可伸縮帶式輸送機轉(zhuǎn)彎處,按要求鋪設轉(zhuǎn)彎段中間部分,將轉(zhuǎn)彎裝置按設計參數(shù)固定在轉(zhuǎn)彎處中間架的縱梁上,通過多組裝置組合使用,實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎目的,如圖5是在某礦井下使用的轉(zhuǎn)彎裝置。
圖5 強制轉(zhuǎn)彎裝置應用圖
在應用中發(fā)現(xiàn)托輥組安裝角度難把握,很難精準安裝;轉(zhuǎn)角較小時,可以實現(xiàn)非強制轉(zhuǎn)彎;轉(zhuǎn)角較大時,飄帶現(xiàn)象嚴重,飄帶處需加壓輥;轉(zhuǎn)角較大時,轉(zhuǎn)彎處中間架不穩(wěn)定,須加固定約束。
輸送機集中控制系統(tǒng)總站處可實現(xiàn)集中順序控制、集中單獨控制和就地控制三種工作模式,控制模式切換依靠操作箱完成,分站處可實現(xiàn)檢修模式。操作人員可以通過顯示屏直觀獲悉帶式輸送機檢修、運行狀態(tài)。
為了提高帶式輸送機的運輸效率和整體結(jié)構(gòu)對于煤炭開采環(huán)境的適應性,對帶式輸送機進行了技術改造研究。一是設計加工帶式輸送機強制轉(zhuǎn)彎裝置,成本低廉。裝置節(jié)省安裝工時,同時減少一部或多部帶式輸送機入井,降低電能損耗、節(jié)省維護費用;二是輸送機集中控制系統(tǒng)自使用以來,每年每套設備平均可節(jié)約人工4 000人以上。研究成果為煤礦行業(yè)對開采機械設備的技術改造提供了改進思路。