皮帶輸送機(jī)卷帶裝置的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)

史晉岳

（山西焦煤西山煤電晉興能源有限責(zé)任公司斜溝煤礦，山西 興縣033600）

引言

帶式輸送機(jī)為綜采工作面的主要運(yùn)輸設(shè)備，隨著采煤工藝及綜采設(shè)備自動(dòng)化水平的提升，對(duì)應(yīng)工作面的生產(chǎn)能力得到顯著提高，因此對(duì)帶式輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)等運(yùn)輸效率提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。當(dāng)前皮帶輸送機(jī)卷帶裝置自動(dòng)化水平低、可靠性低等是制約其運(yùn)輸效率的主要因素[1]。為此，應(yīng)為皮帶輸送機(jī)設(shè)計(jì)一套匹配的液壓自動(dòng)卷帶裝置，在提高工作面運(yùn)輸效率的同時(shí)，保證工作面的生產(chǎn)的安全性。本文注重對(duì)皮帶輸送機(jī)卷帶裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)所設(shè)計(jì)的卷帶裝置進(jìn)行試驗(yàn)研究。

1 卷帶裝置的總體設(shè)計(jì)

根據(jù)皮帶輸送機(jī)的應(yīng)用工況，要求所設(shè)計(jì)的卷帶裝置滿足如下要求：要求卷帶裝置結(jié)構(gòu)緊湊可滿足在空間有限的工作面應(yīng)用；所設(shè)計(jì)卷帶裝置需考慮維修便捷性的問(wèn)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(yùn)輸機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)如表1所示。

表1 皮帶輸送機(jī)關(guān)鍵參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

1.1 卷帶裝置的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

卷帶裝置的主要任務(wù)是完成皮帶輸送機(jī)輸送帶的卷帶工作，解決輸送帶回收的自動(dòng)化程度低的問(wèn)題，進(jìn)而達(dá)到降低作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度并提高工作面生產(chǎn)安全性的目的。結(jié)合卷帶裝置的工作任務(wù)，卷帶裝置的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 卷帶裝置總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.2 卷帶裝置電控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

根據(jù)皮帶輸送機(jī)的張緊需求，本方案將其卷帶裝置和自動(dòng)張緊裝置結(jié)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(shí)，滿足卷帶裝置占據(jù)空間小的需求，并方便后續(xù)設(shè)備的維修。針對(duì)卷帶裝置電控系統(tǒng)，將為其配置一臺(tái)S7-200系列PLC控制器，基于PLC控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)電控箱的控制，并基于電控箱對(duì)卷帶裝置中的電磁換向閥、液壓油缸以及液壓馬達(dá)等元器件進(jìn)行控制[3]。

此外，為進(jìn)一步提升皮帶輸送機(jī)的運(yùn)輸效率，將卷帶裝置和自動(dòng)張緊裝置結(jié)合為一體，當(dāng)完成自動(dòng)張緊裝置松帶操作時(shí)卷帶裝置完成卷帶任務(wù)。其中，為保證卷帶裝置和自動(dòng)張緊裝置的同步配合，需根據(jù)皮帶輸送機(jī)的實(shí)際運(yùn)輸需求對(duì)卷帶速度和松帶速度或?qū)Ψ艓俣群蛷埦o帶速度進(jìn)行完美配合。

2 卷帶裝置關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

本節(jié)著重對(duì)卷帶裝置的關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括有卷帶機(jī)構(gòu)、抽帶機(jī)構(gòu)等。

2.1 抽帶部件的設(shè)計(jì)

抽帶部件為卷帶裝置的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，其主要任務(wù)是將輸送帶的接頭拖到卷帶裝置的工作區(qū)域。目前，應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的抽帶機(jī)構(gòu)主要分為兩種，其中一種為通過(guò)液壓油缸完成對(duì)輸送帶接頭的拖移任務(wù)；另外一種為由抽帶夾緊油缸、液壓馬達(dá)以及抽帶機(jī)架組成的抽帶機(jī)構(gòu)。液壓油缸式抽置工作效率、耗時(shí)較長(zhǎng)，容易出現(xiàn)油缸斷裂的事故發(fā)生；而液壓馬達(dá)，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(wèn)題[4]。

鑒于液壓油缸抽帶機(jī)構(gòu)和液壓馬達(dá)抽帶機(jī)構(gòu)均存在一定的缺陷。因此，需設(shè)計(jì)一款新型抽帶機(jī)構(gòu)，在保證輸送帶拖拽任務(wù)的同時(shí)，還能確保夾緊輸送帶，并將間斷拖動(dòng)輸送帶改進(jìn)為連續(xù)拖拽輸送帶。即，新型抽帶機(jī)構(gòu)能夠在保證卷帶裝置正常工作需求的同時(shí)，還能解決抽帶裝置輸送帶打滑和油缸斷裂的問(wèn)題。根據(jù)上述需求設(shè)計(jì)如圖2所示的抽帶機(jī)構(gòu)。

圖2 新型抽帶機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

如圖2所示，固定托輥5用于解決輸送帶打滑的問(wèn)題，其能夠增加輸送帶與移動(dòng)托輥之間的接觸面積，從而增大摩擦力。此外，在實(shí)際生產(chǎn)中還可對(duì)移動(dòng)托輥的位置進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)需求增大移動(dòng)托輥和輸送帶之間的接觸面積，保證拖帶機(jī)構(gòu)整體的平穩(wěn)運(yùn)行。

2.2 卷帶部件的設(shè)計(jì)

當(dāng)前，皮帶輸送機(jī)卷帶裝置所配置的卷帶機(jī)構(gòu)雖然能夠完成基礎(chǔ)的卷帶任務(wù)，但是其中還存在一定的缺陷，主要表現(xiàn)為：當(dāng)前卷帶機(jī)構(gòu)不能將輸送帶一次性裝于礦車上，還需通過(guò)二次中轉(zhuǎn)裝置完成，期間還需不斷調(diào)整懸臂[5]?？傊?，傳統(tǒng)卷帶機(jī)構(gòu)存在效率低、作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度大的問(wèn)題。為解決上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)如圖3所示的卷帶機(jī)構(gòu)。

圖3 卷帶裝置卷帶機(jī)構(gòu)

如圖3所示，懸臂收縮油缸可實(shí)現(xiàn)對(duì)懸臂長(zhǎng)度的控制，從而解決人工控制懸臂長(zhǎng)度的問(wèn)題，降低作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；導(dǎo)向機(jī)構(gòu)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(wù)，提高其卷帶效率。

3 卷帶裝置的工業(yè)性試驗(yàn)

為驗(yàn)證所設(shè)計(jì)卷帶裝置是否能夠滿足工作面皮帶輸送機(jī)的運(yùn)輸需求，將其應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中并對(duì)以下兩個(gè)方面進(jìn)行驗(yàn)證：

1）驗(yàn)證卷帶裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)部件是否與工作面相互匹配；

2）驗(yàn)證卷帶裝置對(duì)涉及到的卷帶工序是否能夠依次完成，并驗(yàn)證其是否能夠完成100 m的卷帶任務(wù)，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(shí)間是否得到減少。

在以上驗(yàn)證任務(wù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)操作規(guī)程完成皮帶輸送機(jī)卷帶裝置的安裝任務(wù)并對(duì)上述事項(xiàng)進(jìn)行一一驗(yàn)證。經(jīng)實(shí)際運(yùn)行可得如下試驗(yàn)結(jié)果：

1）經(jīng)試運(yùn)行可得：所設(shè)計(jì)皮帶輸送機(jī)卷帶裝置的機(jī)械部件能夠與設(shè)備所在位置的空間相匹配，并且該裝置的安裝工藝簡(jiǎn)單方便；

2）在實(shí)際操作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：所設(shè)計(jì)的卷帶裝置可成功完成100 m輸送帶的卷帶任務(wù)，且在實(shí)際操作期間僅需2名操作人員配合，而且在一次卷帶任務(wù)中所需時(shí)間由之前的3 h縮減為0.5 h，大大降低了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了卷帶裝置的卷帶效率。

4 結(jié)語(yǔ)

皮帶輸送機(jī)為綜采工作面的關(guān)鍵運(yùn)輸設(shè)備，其運(yùn)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(yùn)輸機(jī)必不可少的部件，其卷帶效率和安全性對(duì)工作面運(yùn)輸效率具有決定性作用。因此，通過(guò)對(duì)卷帶裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)部件的優(yōu)化，并對(duì)其電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改善以保證卷帶裝置的卷帶效率。經(jīng)實(shí)踐表明，在卷帶裝置總體設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上對(duì)其中關(guān)鍵部件抽帶機(jī)構(gòu)和卷帶機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化能夠明顯降低作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高卷帶裝置的卷帶效率。