礦井帶式輸送機膠帶換切裝置的設計

盧萬里

（山西霍爾辛赫煤業有限責任公司， 山西 長治 046011）

引言

帶式輸送機因具有過載保護能力強、緩震能力較強的優點，被廣泛應用于煤礦企業[1]。膠帶構件是帶式輸送機具有代表性的部件之一。由于其在礦井惡劣的環境中容易發生彎曲、磨損、斷裂問題，嚴重影響了帶式輸送機的正常工作效率，因此，應按照固定周期對膠帶進行更換，但是更換工藝較為復雜[2]。目前常用的更換工藝需要在礦井內進行切割作業，達不到防火防爆的要求，容易引發安全事故。此外，更換膠帶時因操作空間狹小、人力物力投入較大、安全性較低，與現在礦井對高效率、高安全要求的發展要求不相符，因此，對膠帶更換工藝進行優化設計，研究設計出一種具有可性強操作的膠帶換切裝置迫在眉睫[3]。

1 膠帶換切裝置的設計

1.1 總體設計方案

在對帶式輸送機膠帶換切裝置進行設計的時候，應從實際工況條件出發，考慮到礦井工作面的作業空間有限，在更換膠帶時應采用分段式更換的方式，以“換—停—切”的循環過程完成整個舊膠帶的更換作業。其中最關鍵的兩個裝置為換帶裝置和切帶裝置，由于膠帶受到煤炭物料重力的作用，在設計牽引力的時候應對換帶裝置的參數進行考慮[4]，以模塊化的設計理念要求換切裝置的體積不能太大、質量較輕、轉移便利，設計出帶式輸送機換切裝置結構示意圖，如圖1所示。

1.2 膠帶更換工藝方案

以煤礦常用的TD75-211型帶式輸送機為研究對象[5]，該型號的帶式輸送機整體長度為2 100 m，寬度為1.6 m，其中膠帶強度是設計考慮的關鍵因素，本型號帶式輸送機膠帶工作強度為ST1600，考慮工作面的運輸坡度為4°，將帶式輸送機研究模型簡化為圖2所示的力學模型。

圖1 帶式輸送機換切裝置整體結構圖

圖2 力學簡化模型示意圖

利用切割裝置將舊膠帶從帶式輸送機上面切割下來，同時通過驅動裝置將新膠帶通過滾軸傳送至帶式輸送機機體部位，在整個過程中注意將新膠帶進行固定，防止其脫落。新舊膠帶在完成更換過后，應注意接頭的工藝處理，常用的處理方法為硫化。最后拆除換帶裝置和改向滾筒，通過張緊輪張緊膠帶，最后清理換帶作業現場后便可繼續進行煤炭物料的運輸作業，新舊膠帶更換敷設過程如圖3所示。

圖3 新舊膠帶敷設過程示意圖

2 換切裝置電控及液壓系統的設計方案

2.1 電控系統的設計

電控系統主要以PLC作為中央核心處理器部件[6]，控制各個線路上的開關并對模擬信號進行集中處理，能實現本地遠程控制兩項功能。電控系統包括人機、電機、傳感器、各功能模塊、控制系統等組成，能夠通過總線技術實現人機交互作業并對指令通訊聯系進行加強保障。此外，實現對各種移動夾緊回路和壓力監測等功能也是電控設計的目的之一。PLC型號為S7-CPU224XP，可以同時輸入14個數字量信號，最大功能拓展可達7個。在礦井內設計電控系統，應注重防火防爆，各個電器部件都先設置為防爆型裝置。通過電控系統的設計，能使換帶裝置進行自動運行，整體流程圖如圖4所示。

圖4 切換裝置自動運行流程示意圖

拉帶回路油缸進行伸縮動作的時候通過電磁換向閥的輪流通電可使活塞桿縮回，將液壓油通過壓力傳回至油箱內。移動夾緊回路油缸的伸縮和固定夾緊回路碟簧油缸的伸縮是同樣的轉換原理，通過電磁換向閥的不斷動作使得液壓油的流向產生變化，最終實現換切裝置在各個工況下的作業。

2.2 液壓系統的設計

液壓系統的設計必須與電控系統相匹配，主要實現夾緊裝置在固定、移動、帶動等工況下的不同動作。通過控制壓板及膠帶在油缸活塞桿的作用下使得膠帶被收縮，從而帶動上、下壓板的回收。當活塞桿伸出的時候，就需要壓緊膠帶，并同時實現上壓板的收起。同時，當油桿活塞桿卸除載荷壓力的時候，固定夾子裝置的上壓板應該關閉，通過對上述原理的分析，設計出換切裝置液壓系統如圖5所示。

由圖5可知，換切裝置的液壓系統可以分為三個回路，第1個回路是固定夾緊回路，當膠帶發生溜槽的時候，實現緊急剎車將膠帶進行壓住；第2個回路是移動夾緊回路，當油缸的活塞桿開始收縮的時候，將壓住膠帶的板松開；第3個回路是拉帶回路，通過三位四通電磁換向閥的控制，可以使得活塞桿迅速縮回。

3 設計的可靠性驗證

通過對換切裝置的電控系統及液壓系統的整體設計，結合總體設計方案，可以實現對帶式輸送機的膠帶進行更換的功能。但是需要驗證設計出的換切裝置在實際應用過程中的安全可靠性，判斷其是否滿足實際工程需要。對切換裝置的振動進行分析，通過波形判斷整體結構是否出現了較大振幅的振動現象。通過在整機的關鍵節點位置設置振動測試點位，對換切裝置及帶式輸送機整機的振動進行分析。

圖5 換切裝置液壓系統設計圖

通過研究振動頻率與模態之間的關系，可以對換帶裝置的振動規律進行總結。在換帶裝置振動測試強度中，X方向、Y方向和Z方向的峰值集中點頻率大約為 20 Hz、55 Hz、175 Hz、223 Hz、350 Hz、522 Hz、698 Hz，將每個點的振動頻譜中出現的離散峰值與通過模態實驗獲得的固有頻率進行比較，可以發現，在換帶裝置自動運行的狀態下，測得的機器振動頻率與其固有頻率不一致，所以在此工作狀態下，換帶裝置不會引起共振現象。通過分析說明設計的帶式輸送機換切裝置能夠滿足現場實際工程的工作要求。

4 結論

針對目前帶式輸送機在更換膠帶時容易出現的問題，設計出了新型的換切裝置，解決了傳統更換膠帶時投入人力較多、安全性較差、環境污染等問題。通過模塊化的設計，達到了在礦井惡劣的環境中能夠及時對帶式輸送機膠帶進行更換的目的。通過仿真技術研究，分析出設計的換切裝置能夠解決帶式輸送機更換膠帶的實際工程問題。因此，該帶式輸送機膠帶換切裝置的試驗效果良好，可滿足生產要求。