皮帶輸送機卷帶裝置的設計及試驗

史晉岳

（山西焦煤西山煤電晉興能源有限責任公司斜溝煤礦，山西 興縣033600）

引言

帶式輸送機為綜采工作面的主要運輸設備，隨著采煤工藝及綜采設備自動化水平的提升，對應工作面的生產(chǎn)能力得到顯著提高，因此對帶式輸送機、刮板輸送機等運輸效率提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。當前皮帶輸送機卷帶裝置自動化水平低、可靠性低等是制約其運輸效率的主要因素[1]。為此，應為皮帶輸送機設計一套匹配的液壓自動卷帶裝置，在提高工作面運輸效率的同時，保證工作面的生產(chǎn)的安全性。本文注重對皮帶輸送機卷帶裝置進行設計，并對所設計的卷帶裝置進行試驗研究。

1 卷帶裝置的總體設計

根據(jù)皮帶輸送機的應用工況，要求所設計的卷帶裝置滿足如下要求：要求卷帶裝置結構緊湊可滿足在空間有限的工作面應用；所設計卷帶裝置需考慮維修便捷性的問題；卷帶裝置具備防火、防爆燈功能要求；卷帶裝置可在高低溫突變的工況下正常、穩(wěn)定工作[2]。

本文所研究皮帶運輸機的關鍵參數(shù)如表1所示。

表1 皮帶輸送機關鍵參數(shù)統(tǒng)計表

1.1 卷帶裝置的總體結構設計

卷帶裝置的主要任務是完成皮帶輸送機輸送帶的卷帶工作，解決輸送帶回收的自動化程度低的問題，進而達到降低作業(yè)人員勞動強度并提高工作面生產(chǎn)安全性的目的。結合卷帶裝置的工作任務，卷帶裝置的總體結構設計如圖1所示。

圖1 卷帶裝置總體結構設計

1.2 卷帶裝置電控系統(tǒng)的總體設計

根據(jù)皮帶輸送機的張緊需求，本方案將其卷帶裝置和自動張緊裝置結合為一體，并為其配置一套電氣控制系統(tǒng)和泵站控制系統(tǒng)，從而解決張緊功能和卷帶功能的同時，滿足卷帶裝置占據(jù)空間小的需求，并方便后續(xù)設備的維修。針對卷帶裝置電控系統(tǒng)，將為其配置一臺S7-200系列PLC控制器，基于PLC控制器實現(xiàn)對電控箱的控制，并基于電控箱對卷帶裝置中的電磁換向閥、液壓油缸以及液壓馬達等元器件進行控制[3]。

此外，為進一步提升皮帶輸送機的運輸效率，將卷帶裝置和自動張緊裝置結合為一體，當完成自動張緊裝置松帶操作時卷帶裝置完成卷帶任務。其中，為保證卷帶裝置和自動張緊裝置的同步配合，需根據(jù)皮帶輸送機的實際運輸需求對卷帶速度和松帶速度或?qū)Ψ艓俣群蛷埦o帶速度進行完美配合。

2 卷帶裝置關鍵結構的設計

本節(jié)著重對卷帶裝置的關鍵部件結構進行設計，包括有卷帶機構、抽帶機構等。

2.1 抽帶部件的設計

抽帶部件為卷帶裝置的關鍵機構，其主要任務是將輸送帶的接頭拖到卷帶裝置的工作區(qū)域。目前，應用于實際生產(chǎn)的抽帶機構主要分為兩種，其中一種為通過液壓油缸完成對輸送帶接頭的拖移任務；另外一種為由抽帶夾緊油缸、液壓馬達以及抽帶機架組成的抽帶機構。液壓油缸式抽置工作效率、耗時較長，容易出現(xiàn)油缸斷裂的事故發(fā)生；而液壓馬達，雖然其能夠整體上提升卷帶裝置的工作效率，但是該種抽帶方式容易出現(xiàn)輸送帶打滑的問題[4]。

鑒于液壓油缸抽帶機構和液壓馬達抽帶機構均存在一定的缺陷。因此，需設計一款新型抽帶機構，在保證輸送帶拖拽任務的同時，還能確保夾緊輸送帶，并將間斷拖動輸送帶改進為連續(xù)拖拽輸送帶。即，新型抽帶機構能夠在保證卷帶裝置正常工作需求的同時，還能解決抽帶裝置輸送帶打滑和油缸斷裂的問題。根據(jù)上述需求設計如圖2所示的抽帶機構。

圖2 新型抽帶機構結構示意圖

如圖2所示，固定托輥5用于解決輸送帶打滑的問題，其能夠增加輸送帶與移動托輥之間的接觸面積，從而增大摩擦力。此外，在實際生產(chǎn)中還可對移動托輥的位置進行調(diào)整，根據(jù)需求增大移動托輥和輸送帶之間的接觸面積，保證拖帶機構整體的平穩(wěn)運行。

2.2 卷帶部件的設計

當前，皮帶輸送機卷帶裝置所配置的卷帶機構雖然能夠完成基礎的卷帶任務，但是其中還存在一定的缺陷，主要表現(xiàn)為：當前卷帶機構不能將輸送帶一次性裝于礦車上，還需通過二次中轉(zhuǎn)裝置完成，期間還需不斷調(diào)整懸臂[5]。總之，傳統(tǒng)卷帶機構存在效率低、作業(yè)人員勞動強度大的問題。為解決上述問題，設計如圖3所示的卷帶機構。

圖3 卷帶裝置卷帶機構

如圖3所示，懸臂收縮油缸可實現(xiàn)對懸臂長度的控制，從而解決人工控制懸臂長度的問題，降低作業(yè)人員的勞動強度；導向機構可保證輸送帶按照正確的軌跡卡入卷軸中，從而保證輸送帶可一次性完成卷帶任務，提高其卷帶效率。

3 卷帶裝置的工業(yè)性試驗

為驗證所設計卷帶裝置是否能夠滿足工作面皮帶輸送機的運輸需求，將其應用于實際生產(chǎn)中并對以下兩個方面進行驗證：

1）驗證卷帶裝置的機械結構部件是否與工作面相互匹配；

2）驗證卷帶裝置對涉及到的卷帶工序是否能夠依次完成，并驗證其是否能夠完成100 m的卷帶任務，期間所參與的作業(yè)人員人數(shù)由之前的6人減少至3人，以及卷帶所需時間是否得到減少。

在以上驗證任務的基礎上，根據(jù)操作規(guī)程完成皮帶輸送機卷帶裝置的安裝任務并對上述事項進行一一驗證。經(jīng)實際運行可得如下試驗結果：

1）經(jīng)試運行可得：所設計皮帶輸送機卷帶裝置的機械部件能夠與設備所在位置的空間相匹配，并且該裝置的安裝工藝簡單方便；

2）在實際操作過程中發(fā)現(xiàn)：所設計的卷帶裝置可成功完成100 m輸送帶的卷帶任務，且在實際操作期間僅需2名操作人員配合，而且在一次卷帶任務中所需時間由之前的3 h縮減為0.5 h，大大降低了現(xiàn)場作業(yè)人員的勞動強度，提高了卷帶裝置的卷帶效率。

4 結語

皮帶輸送機為綜采工作面的關鍵運輸設備，其運輸效率直接決定工作面的生產(chǎn)能力。其中，卷帶裝置為皮帶運輸機必不可少的部件，其卷帶效率和安全性對工作面運輸效率具有決定性作用。因此，通過對卷帶裝置機械結構部件的優(yōu)化，并對其電氣控制系統(tǒng)進行改善以保證卷帶裝置的卷帶效率。經(jīng)實踐表明，在卷帶裝置總體設計基礎上對其中關鍵部件抽帶機構和卷帶機構進行優(yōu)化能夠明顯降低作業(yè)人員勞動強度，提高卷帶裝置的卷帶效率。