店坪煤矿带式输送机跑偏故障原因及优化设计

郭 江

（霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山店坪煤矿，山西 吕梁 033000）

带式输送机是煤矿生产中的主要运输手段，输送带跑偏问题能占到带式输送机故障的36%左右，是第一大故障点（见下图1），因此必须做好相应问题的处理工作。

图1 矿用带式输送机常见故障类型统计

1 矿井概况

店坪煤矿主要运输系统由带式输送机组成。其中主斜井安装一部1.2m强力带式输送机，运输长度900m，坡度16.3°，运输能力600t/h，担负矿井原煤提升及人员出入；采区皮带巷安装一部1.2m重型皮带，长度1200m，坡度12°，运输能力1000t/h。带式输送机的跑偏问题长时间困扰该矿的正常生产，因此要设计应对措施。

2 带式输送机结构及跑偏故障原因分析

2.1 带式输送机主要结构分析

带式输送机是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械，既可以进行碎散物料运输，又可以进行成品物件运输。带式输送机的主要组成结构见下图2所示[1]。

带式输送机输送带分为橡胶和塑料两类。其中橡胶带适用于工作环境温度-15℃～40℃，物料温度不高于50℃，运送倾角不超过24°；塑料带相对来说对温度要求严格很多，环境温度低于10℃就会变硬，因此不适合北方地区使用[2]。

托辊是决定带式输送机运输能力的指标之一，根据布置位置不同，分为槽形托辊、平形托辊、调心托辊、缓冲托辊。其中槽形辊主要用于承载物料；调心托辊用于调整皮带横向位置，防止跑偏；缓冲托辊是为了减少物料冲击。

图2 带式输送机的主要结构示意图

2.2 带式输送机跑偏故障原因分析

店坪煤矿井下所用带式输送机由于距离较长，使用多台电动机驱动，“U型槽式”结构（见下图3）。当皮带偏离支架中心位置即为跑偏，包括悬空于支架上方或偏离支架两侧。皮带跑偏会大大影响运煤效率，造成物料洒落堆积，甚至撕裂皮带[3]。通过分析，店坪煤矿带式输送机跑偏原因如下：

（1）托辊质量问题

如下图3所示，带式输送机正常运转时，位于同一截面的A、B、C三个托辊应该同步运转，保证皮带向正前方移动。但在运转时，往往会出现个别托辊“慢半拍”的情况，使该处的摩擦力较大，长时间运转其影响逐步扩大，使皮带受力越来越不均，最终造成皮带跑偏问题[4]。

图3 带式输送机剖面图

（2）运输机安装偏差

店坪煤矿井下所用带式输送机功率大、距离长，因此安装工作繁重。而且井下巷道地形复杂，带式输送机对地面平整度要求很高，因此稍有不注意，就会造成托辊位置存在偏差。虽然运输大巷受开采扰动影响小，但是不能保证围岩无丝毫影响，一旦围岩出现偏移，运输机不能保证平稳。这种偏差很难纠正，只能尽量保证降低外界环境影响[5]。

（3）落煤偏差及机械振动

煤块被采煤机割下后，其粒度并不统一，而且中间夹杂矸石，重量存在很大差别。当煤块由刮板输送机落入带式输送机，不能保证（尤其是大块煤）恰好均落在“U型槽”中间位置，这就会使两侧托辊受力不一，长此以往必然发生跑偏。带式输送机在工作过程中会出现机械振动，当达到一定振幅后，皮带也会跑偏。

3 防止带式输送机跑偏故障优化设计措施分析

（1）优化滚筒形状设计

皮带输送机距离越长，其产生的张力越大，而这就会容易使皮带产生“横移”情况。为了使尽可能多的张力保持一定的对中特性，可以将常见的水平滚筒优化设计为“中间较粗，两端较细的鼓形结构”（见下图4）。理论上分析：中间凸起越明显，皮带自动对中性越好。但所带来的不利影响是中间部位的皮带受力始终最大，影响皮带材料寿命。所以最大鼓度可参照下表1所示[6]。

表1 不同类型皮带滚筒最大鼓度

图4 鼓形滚筒示意图

（2）安装随动式斜墙挡板

皮带发生跑偏的根本原因是两侧受到了不均衡力，为了消除这个跑偏力，可以在滚筒两侧安装随动式斜墙挡板，当皮带发生偏移压迫挡板时，挡板可以产生相应的反向力去中和跑偏力。为了避免“强硬矫正”对皮带产生损坏，让挡板随着滚筒一起转动，减小对皮带的滑动摩擦力。

挡板若只是垂直于滚筒面设置，不但不能抵消偏移力，还会增加皮带因过度挤压而上滑的趋势；而若挡板坡度太小，则对偏移力抵消程度太小，达不到纠偏效果。因此必须对角度a进行合理设计，参考公式见（1）。煤矿井下带式输送机由于功率较大，理论计算其斜墙挡板合理角度范围为15° ～23°。

式中：

Fx-皮带对中力；

Fy-滚筒对皮带的支撑力。

（3）积极改进带式输送机驱动装置

在带式输送机所有结构中，驱动装置（电动机）是动力源，若改进动力源则可以从根本上解决跑偏问题。目前带式输送机大部分采用头部、尾部双驱动模式，而电动机一旦启动为定速运转，无法主动做出调整，因此可以引进变频电动机作为驱动装置。

将头部和尾部的电动机分为左、右两个，分开但是大部分时间同步运行，且电动机能在一定范围内变频运行（即速度可以降低）。当某处皮带出现跑偏问题时，相应的传感器将偏左或偏右信息传递给控制器，控制器进而控制左或右侧的电动机转动速度降低，通过主动方式来调节跑偏问题。例如皮带向右偏，可以降低左侧电机转速，皮带会被拽到中心位置，而一旦位置复原，左、右两电机转速又会重新同步。

图5 左、右双变频电机动力模式

4 结语

带式输送机跑偏问题受多种因素影响，如果是受环境影响，那应当排除环境中的不利因素，而如果是人为因素，应当积极杜绝。经验表明：日常管理和维护工作对带式输送机良好运行、增长寿命等均有着直接影响，因此应从购买、安装、维护、使用中积极探索和改进，形成一套行之有效的管理办法。