常規(guī)的帶式輸送機設(shè)計只建議其在+17°～-17°的范圍內(nèi)使用，當(dāng)帶式輸送機的傾角<- 170時，則在設(shè)計過程中需要解決幾個主要技術(shù)問題。
1.1物料在運行過程中穩(wěn)定性
輸送機在向下運行時，物料的重力也使其有向下滾動的趨勢，傾角越大物料的穩(wěn)定性就越差，就越容易產(chǎn)生向下的滾動和滑動。當(dāng)輸送機突然停車時，由于物料慣性因素，它的滾動趨勢就更大。如何防止物料在輸送帶上滾動和滑動，此問題的解決好壞將直接影響著礦井的安全生產(chǎn)。
1.2輸送機的運行工況改善
輸送機的功率隨著輸送煤量的多少不斷的變化，因此當(dāng)輸送量較少時，輸送機可能處在正功電動狀態(tài)，而當(dāng)輸送量較多或滿載時，輸送機卻又可能處在負功發(fā)電狀態(tài)，在不同的運行狀態(tài)必須采用相應(yīng)的保護措施以免發(fā)生飛車事故。
1.3輸送機啟動、制動加速度的控制
在輸送機的設(shè)計規(guī)范中規(guī)定，輸送機的啟動、制動加速度必須小于0.3m/s2。而下運輸送機有時會滿載停車，然后再滿載啟動。這時輸送機正處于負功發(fā)電狀態(tài)，因此就必須采用有效的保護裝置以避免在啟動、制動時出現(xiàn)飛車事故。
1.4輸送機在停車時產(chǎn)生飛帶現(xiàn)象
因煤礦井下特殊環(huán)境的限制，可能出現(xiàn)輸送帶與滾筒之間進水等現(xiàn)象，導(dǎo)致摩擦系數(shù)減小，使得在傳動滾筒停止轉(zhuǎn)動后而輸送帶仍然在不停地向下滑動，這時同樣要有可靠的保護裝置使其停止滑動。
2、主要技術(shù)問題研究
2.1物料防滾滑裝置
防滾滑裝置采用無動力的方式，即在輸送機承載物的上表面加隨動覆蓋帶，隨動覆蓋帶所需動力不運輸物料時由主機輸送帶與覆蓋帶間的摩擦力產(chǎn)生，有載時由物料和覆蓋帶間的摩擦力產(chǎn)生．有時是二者的結(jié)合。覆蓋帶與物料接觸的帶面壓輪為八字形，通過杠桿原理壓緊物料，為適應(yīng)物料斷面變化或有大塊物料通過，壓輪可上下前后浮動以便始終壓緊輸送帶，當(dāng)主機輸送帶與防滾滑輸送帶間物料超載或有大塊物料通過，防滾滑裝置的下托輥被物料或大塊頂起，帶動搖臂繞軸旋轉(zhuǎn)一個角度，使上帶壓緊。物料越多，旋轉(zhuǎn)角度越大，施加的壓緊力越大。當(dāng)輸送帶上實際物料斷面小于標(biāo)準(zhǔn)斷面數(shù)值的70%，可不設(shè)壓帶輪。實現(xiàn)了在無驅(qū)動裝置情況下，防滑輸送帶與主機輸送帶間無相對滑移，兩帶實現(xiàn)了同速同步運行。該裝置經(jīng)現(xiàn)場安裝使用效果很好，是一種防止物料滾動和滑動的安全、可靠、簡便的新裝置。能在-25°情況下使物料實現(xiàn)穩(wěn)定安全運輸，并可有條件地達到-30°情況下的運輸。
2.2飛帶捕捉裝置
在煤礦井下，下運帶式輸送機實際運行中，當(dāng)驅(qū)動滾筒已經(jīng)制動時，由于工作面環(huán)境惡劣、空氣濕度大等原因，容易產(chǎn)生飛帶現(xiàn)象，從而產(chǎn)生巷道堵塞，損壞機件，影響工作面的正常生產(chǎn)。在下運帶式輸送機中，雖然解決了制動問題，但如果飛帶現(xiàn)象得不到控制，還是存在事故隱患。
飛帶捕捉裝置是用來輔助制動器，保證輸送機制動停機，其工作原理是：當(dāng)速度檢測裝置發(fā)出輸送帶打滑信號，控制系統(tǒng)發(fā)出停機指令，本裝置亦投人工作，使輸送帶按預(yù)定減速度平穩(wěn)減速直至停止滑行。具體結(jié)構(gòu)主要由飛帶捕捉裝置和重錘裝置組成。飛帶捕捉裝置是由一對夾板、彈簧、液壓缸構(gòu)成，輸送機正常運行時，夾板被液壓缸充壓頂開并壓縮捕捉裝置中的彈簧，輸送帶在夾板中可以自由地通過。當(dāng)飛帶捕捉裝置投入工作時，液壓缸中的壓力油釋放，夾板被碟形彈簧控制并產(chǎn)生一定的壓力夾住輸送帶，輸送帶首先產(chǎn)生彈性變形，消耗掉一部分能量后，裝有捕捉器的滑行小車在較短的時間內(nèi)，速度由零達到與輸送帶等速運行，沿導(dǎo)軌隨輸送機一起滑行并拉起重錘。重錘耗能分三級施加，以減小對輸送帶的沖擊。重錘在該階段耗盡輸送帶的全部能量。導(dǎo)軌的終端還設(shè)有緩沖裝置，當(dāng)飛帶捕捉裝置到達導(dǎo)軌的終端時就被緩慢地停止住，從而避免了飛帶事故的發(fā)生。當(dāng)飛帶捕捉結(jié)束，液壓缸活塞拉起壓縮蝶形彈簧，上、下壓板開啟，此時滑行小車在重錘的作用下返回原始位置，完成一個工作循環(huán)。設(shè)計中應(yīng)注意的問題是夾緊合力要大于系統(tǒng)的總和力，液壓缸的頂壓力要大于蝶形彈簧的極限變形力。
2.3運行工況改善
一般來說，帶式輸送機的運行阻力越小，其經(jīng)濟性越好，而對下運輸送機來說，由于物料的下滑力的作用，在運行過程中電動機是處于負功發(fā)電狀態(tài)的。當(dāng)輸送機使電動機達到同步轉(zhuǎn)速時，電動機的輸出功率等于零。由于被輸送物料仍在連續(xù)不斷地做功，電動機的轉(zhuǎn)速將繼續(xù)不斷地增大。當(dāng)電動機超過其同步轉(zhuǎn)速時，根據(jù)電動機的特性曲線，電動機這時就要輸出制動力矩，這時輸送機并不需要電動機的拖動，理論上講電動機還可以向電網(wǎng)反饋發(fā)電，對大傾角下運輸送機，電動機的選取是以發(fā)電狀態(tài)的功率為依據(jù)。而當(dāng)輸送機處在空載或少半載時，卻又需要電動機的動力進行拖動。這樣，電動機經(jīng)常處于電動一發(fā)電狀態(tài)之間運行。同時，輸送機的速度變得不易控制，就容易發(fā)生飛車事故。
欲改變運行工況就必須適當(dāng)增加運行過程中的阻力，使輸送機在比較穩(wěn)定的狀態(tài)下運行，最有效的途徑就是采用阻尼托輥。選擇合理的運行阻力系數(shù)及適當(dāng)?shù)倪\行阻力，對縮小電動機的功率，充分發(fā)揮電動機在正、負象限額定轉(zhuǎn)矩相等的特性，簡化驅(qū)動方式，提高安全可靠性，都具有十分重要的意義。目前，阻尼托輥多種多樣，但總的來講可分為滑板式阻尼托輥；端面摩擦式阻尼托輥；液力式阻尼托輥。從使用效果來看，滑板式阻尼托輥結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟實用、阻尼效果好，缺點是對輸送帶的磨損比較嚴(yán)重。端面摩擦式阻尼托輥阻尼效果好，但壽命較低。液力式阻尼托輥阻尼效果稍差，但壽命長，如能解決好油脂密封問題，是很有發(fā)展前途的。
2.4刺動系統(tǒng)
制動系統(tǒng)由液力制動器、盤式制動器和液壓站3個部分組成，以實現(xiàn)軟、硬兩級制動，達到限速制動和安全制動的目的。
(1)制動系統(tǒng)的工作原理
聯(lián)接在電機和減速器高速軸上的液力制動器，工作介質(zhì)與盤式制動器采用同一油液。它具有注油則合（投入制動）、無油則分（退出制動）的特點。其“投入”與“退出”制動迅速，制動平穩(wěn)。當(dāng)輸送機處在制動工況時，液壓系統(tǒng)向制動器內(nèi)工作腔充液，并在出口油路上用調(diào)壓閥調(diào)定背壓，使內(nèi)工作腔有一定的充滿度，由于液力制動器安裝在減速器的高速軸上，通過減速器的作用，對傳動滾筒產(chǎn)生很大的制動力矩。輸送機的動能在制動器中陸續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽瑹崃坑晒ぷ饕后w帶走，即可實現(xiàn)持續(xù)的液力制動。制動力矩尚可根據(jù)帶式輸送機載荷情況，通過控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)不同的背壓，即得到不同的充滿度，獲得臺適的制動力矩，使輸送機平穩(wěn)減速。當(dāng)速度降至額定轉(zhuǎn)速的1/3肘，再由設(shè)在傳動滾筒的盤式制動器對滾筒的閘盤施行制動停機，保證了設(shè)備安全可靠制動。
(2)液壓站
液壓站主要功能是向該機的液力制動器、盤閘制動器、飛帶捕捉裝置提供壓力源和工作介質(zhì)。由2個可容納2mx0.8m工作液體的連通油箱構(gòu)成，在2個油箱的上蓋板上，分別設(shè)置有高壓及低壓系統(tǒng)。高壓油由2臺葉片泵交替工作產(chǎn)生，其中l(wèi)臺為備用油泵，高壓油路中設(shè)有隔爆電接點壓力表，使高壓油路始終處在規(guī)定的壓力范圍內(nèi)。油路中還設(shè)有2臺蓄能器以利于系統(tǒng)的保壓，系統(tǒng)中的電磁閥均為隔爆型，符合煤礦安全生產(chǎn)的要求。低壓系統(tǒng)中也設(shè)有一臺備用齒輪泵，該油泵在輸送機未轉(zhuǎn)動起來時向低壓油路中供油，或當(dāng)?shù)蛪合到y(tǒng)中出現(xiàn)欠壓信號時向油路中補壓。欠壓信號由隔爆電接點壓力表發(fā)出，該表用于系統(tǒng)的低壓保護。
(3)電控系統(tǒng)
電控系統(tǒng)是帶式輸送機的重要組成部分，其工作的可靠性將直接影響帶式輸送機正常運行。電控系統(tǒng)的主要部件是工業(yè)PLC可編程序控制器�？删幊绦蚩刂破髋c各種傳感元件、執(zhí)行元件構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，由于其優(yōu)良的性能和很高的可靠性以及充裕的輸出、輸入接口，使眾多的保護裝置和執(zhí)行元件擺脫以往由繼電器為主的控制系統(tǒng)，簡化了控制系統(tǒng)。在設(shè)計中共設(shè)有12種安全保護裝置，同時還留有備用接口供隨時增加執(zhí)行元件和保護。
3、輸送機運行工況分析
3.1空載及重栽啟動工況（電動或發(fā)電狀態(tài)）
空載和重載啟動雖為2個不同的工作狀態(tài)，但在實際工作中這2種工況是不易區(qū)分的。因此，在每次啟動時均要進行帶載狀態(tài)的判斷。具體方法：讓液力制動器進入較小制動力矩狀態(tài)，然后盤式制動器松開傳動滾筒的制動盤，速度及加速度檢測裝置進入監(jiān)控狀態(tài)，根據(jù)輸送機的實際啟動加速度投人相應(yīng)的制動力矩，將輸送機的啟動加速度控制在0.1～0.25m/S2之間。當(dāng)輸送機在一定時間內(nèi)達到額定帶速，則電控系統(tǒng)確認此時為重載啟動或發(fā)電工況，此時電動機進入帶電狀態(tài)，同時液力制動器退出制動工況，隨后輸送機進入正常運行工況。若經(jīng)過一段時間的延時后，輸送機的速度始終低于1/3額定帶速，此狀態(tài)被確認為空載或電動工況，電動機將帶電拖動輸送機運轉(zhuǎn)，達到額定帶速后輸送機進入正常運行工況。
3.2正常運行工況（發(fā)電工況）
當(dāng)輸送機達到額定速度以后，液力制動系統(tǒng)全部退出工作狀態(tài)，速度及加速度檢測裝置進入工作狀態(tài)，經(jīng)延時一段時間后，各給煤點開始給煤，電控自動進入閉環(huán)控制系統(tǒng)，輸送機進入正常運煤工作。
3.3超速制動工況（發(fā)電工況）
在輸送機進入正常運煤工作以后，因煤礦井下使用條件限制，運t及運輸阻力經(jīng)常處在變化之中，很容易出現(xiàn)輸送機產(chǎn)生較大負功的可能。這時輸送機主要表現(xiàn)為以一定的加速度快速運行，若任其發(fā)展將會發(fā)生嚴(yán)重的飛車事故。為此，在本工況中設(shè)計了一級超速制動、二級超速制動和三級超速制動的3種工作狀態(tài)。
3.4正�？蛰d停車（電動工況）
當(dāng)輸送機將輸送帶上的物料運完停車時，將繼續(xù)運行一段時間后再停機。因空載時為電動工況，故不需要加入軟制動保護。在輸送機的帶速降到額定帶速的1/3時，盤式制動器投入制動，輸送機停止運行。
3.5正常重栽停豐或事故停車（發(fā)電工況）
當(dāng)輸送機正處在額定載荷狀態(tài)運行中，或是由于井下發(fā)生了突然性事故需要臨時停車時，因這時可能正處在最大發(fā)電狀態(tài)之下，當(dāng)輸送機得到停車信號后，各給煤點均停止給煤。液力制動器首先投人制動狀態(tài)，并根據(jù)將制動加速度控制在-0.1～-0.25m/s2的條件，在閉環(huán)控制狀態(tài)下，采用相應(yīng)的制動力矩。待液力制動器投入3~4a后電動機斷電退出工作，當(dāng)輸送機帶速降至額定帶速的1/3時，盤式制動器投入最后的制動工作，將輸送機制動停止。電動機延時退出工作狀態(tài)是為了解決液力制動滯后的問題，這樣就可以防止在液力制動器還未達到最大制動力矩時出現(xiàn)飛車事故。
3.6重載失電停機（發(fā)電工況）
當(dāng)輸送機滿載啟動或制動時，液力制動系統(tǒng)將首先投入工作并隨時檢測輸送機的啟、制動加速度．使輸送機的啟、制動狀態(tài)始終處在設(shè)計范圍之內(nèi)，而當(dāng)輸送機達到額定帶速不需要制動保護時，渡力制動器又可以迅速地退出制動狀態(tài)，制動器的投入及退出不會給輸送機的運行帶來任何的沖擊。當(dāng)輸送機出現(xiàn)超速運行時，液力制動系統(tǒng)還可以將超速的輸送機拉回到正常運行狀態(tài)。而當(dāng)輸送機遇到采區(qū)突然停電時，輸送機仍然可以依靠液力制動系統(tǒng)的固定延時程序?qū)崿F(xiàn)安全停車。
4、結(jié)語
通過對大傾角下運帶式輸送機各工況的設(shè)計分析得知，液力制動系統(tǒng)可以從根本上解決大傾角下運帶式輸送機的啟動、運行、制動問題；飛帶捕捉裝置可以完全杜絕飛帶事故的發(fā)生；物料防滾滑裝置能有效地解決物料的滾動問題；阻尼托輥的應(yīng)用使大傾角下運帶式輸送機的運行工況得到改善，且有安全保障。目前，該項設(shè)計應(yīng)用于邯鄲礦務(wù)局云駕嶺煤礦、新波礦務(wù)局翟鎮(zhèn)煤礦、棗莊礦務(wù)局柴里煤礦、重慶天府礦務(wù)局三匯一礦、鐵法礦務(wù)局三臺子煤礦的下運帶式輸送機中，今后必將在我國煤炭生產(chǎn)中得到越來越廣泛地應(yīng)用。
