膠帶機(jī)用機(jī)械式閥門自動(dòng)控制裝置

楊文強(qiáng)

(國(guó)能神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司石圪臺(tái)煤礦，陜西 榆林 719315)

0 引言

煤礦主運(yùn)輸系統(tǒng)多使用帶式輸送機(jī)，即膠帶機(jī)，在運(yùn)輸煤炭或矸石的過(guò)程中，膠帶機(jī)巷道內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的煤塵等懸浮物，為了減少煤塵，降低因此引起的火災(zāi)等事故，通常采用在膠帶機(jī)巷道沿線安裝自動(dòng)噴霧灑水裝置。

在膠帶機(jī)巷道內(nèi)，一般在膠帶機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾、轉(zhuǎn)載點(diǎn)，或每隔500 m處安設(shè)一道噴霧裝置，起到巷道的降塵、減塵作用。

這樣的噴霧裝置應(yīng)當(dāng)在膠帶機(jī)開啟時(shí)自動(dòng)開啟，在膠帶機(jī)停止運(yùn)行時(shí)自動(dòng)關(guān)閉，避免不受控制的長(zhǎng)期淋水對(duì)設(shè)備和環(huán)境造成影響。

1 在用自動(dòng)控制裝置

1.1 在用自動(dòng)控制裝置現(xiàn)狀

目前應(yīng)用較為廣泛的自動(dòng)噴霧閥門多為電磁閥門形式，采用127 V本安電源供電，配套使用真空饋電開關(guān)、照明信號(hào)綜合保護(hù)裝置，以實(shí)現(xiàn)從低壓660 V電源向127 V照明信號(hào)電源的轉(zhuǎn)換。而檢測(cè)膠帶機(jī)開啟運(yùn)行信號(hào)的方式一般有2種。

一種是通過(guò)電磁感應(yīng)開停傳感器，感應(yīng)膠帶機(jī)動(dòng)力電纜的帶電情況，當(dāng)動(dòng)力電纜通電后，電磁線圈會(huì)感應(yīng)到電流，從而給電動(dòng)球閥的控制箱發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，使電動(dòng)球閥轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)噴霧閥門的自動(dòng)開啟功能；當(dāng)膠帶機(jī)停機(jī)時(shí)，膠帶機(jī)動(dòng)力電纜不再有電流經(jīng)過(guò)，電磁線圈不再會(huì)感應(yīng)到電流，電動(dòng)球閥轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)噴霧閥門的自動(dòng)關(guān)閉功能。

另一種，則是通過(guò)膠帶機(jī)的控制裝置或膠帶機(jī)的啟動(dòng)裝置，采用本安24 V以下電壓的信號(hào)電源控制，當(dāng)膠帶機(jī)開機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，控制回路會(huì)同時(shí)向自動(dòng)噴霧的電動(dòng)球閥的控制箱發(fā)出起車信號(hào)，電動(dòng)球閥轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)噴霧自動(dòng)開啟；當(dāng)膠帶機(jī)停機(jī)時(shí)，控制回路會(huì)同時(shí)向自動(dòng)噴霧的電動(dòng)球閥的控制箱發(fā)出已停車信號(hào)，電動(dòng)球閥轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)噴霧的自動(dòng)關(guān)閉功能。工作原理如圖1所示。

圖1 電動(dòng)球閥式自動(dòng)噴霧工作原理Fig.1 Working principle of electric ball valve automatic sprayer

1.2 存在的弊端

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)期使用情況，經(jīng)總結(jié)后發(fā)現(xiàn)，該控制方式雖然比較靈敏、較為可靠，但是過(guò)多使用電氣設(shè)備，無(wú)疑增加了膠帶機(jī)控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。而且，需要安裝的防爆電氣設(shè)備較多，包括：供配電使用的饋電開關(guān)、照明信號(hào)綜合保護(hù)裝置、電動(dòng)球閥、控制箱、電磁線圈或者與膠帶機(jī)的控制回路實(shí)現(xiàn)信號(hào)連接的裝置、電纜、輔助設(shè)施等。

在膠帶機(jī)的沿線使用時(shí)，還需要更多的連接電纜，增大了設(shè)備維護(hù)量，若電氣設(shè)備出現(xiàn)“失爆”情況，將會(huì)對(duì)安全生產(chǎn)造成影響。

除此之外，還要考慮電動(dòng)球閥的動(dòng)力電源供應(yīng)，信號(hào)電源的電壓隨供電距離增加而降低，因?yàn)閲婌F裝置的信號(hào)干擾膠帶機(jī)控制信號(hào)的準(zhǔn)確性等情況。

因此，采取機(jī)械式的自動(dòng)控制閥門不失為一種減少電氣設(shè)備使用，提高閥門自動(dòng)控制，穩(wěn)定膠帶機(jī)控制系統(tǒng)的正確選擇。

2 膠帶機(jī)用機(jī)械式閥門自動(dòng)控制裝置

設(shè)計(jì)制造一種可以利用膠帶機(jī)啟動(dòng)至運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)帶面向前運(yùn)行的推力，實(shí)現(xiàn)閥門自動(dòng)開啟的裝置。加裝帶有自復(fù)位功能的機(jī)構(gòu)，當(dāng)膠帶機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，裝置不再受到膠帶機(jī)向前運(yùn)行的推力，利用復(fù)位機(jī)構(gòu)自行復(fù)位，實(shí)現(xiàn)閥門的自動(dòng)關(guān)閉。以此即可實(shí)現(xiàn)閥門開啟和關(guān)閉2種狀態(tài)自動(dòng)切換的功能。

2.1 設(shè)計(jì)原理

本發(fā)明通過(guò)一種機(jī)械式的自動(dòng)噴霧裝置來(lái)控制自動(dòng)噴霧，當(dāng)膠帶機(jī)運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)噴霧控制裝置的閥門打開，當(dāng)膠帶機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)噴霧控制裝置的閥門關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)膠帶機(jī)巷道自動(dòng)噴霧的功能，并且減少裝置維護(hù)量，提高維護(hù)的簡(jiǎn)便性、快捷性。

利用一種依靠自身重量或外加配重裝置提供重力，可以緊貼在膠帶機(jī)帶面的側(cè)邊運(yùn)轉(zhuǎn)的滾軸，在滾軸的一端連接閥門手柄，手柄的端點(diǎn)即為滾軸擺動(dòng)的中心點(diǎn)。

加裝一套可以提供外力，這個(gè)力小于滾軸受帶面推力，并可以帶動(dòng)滾軸擺回另一側(cè)的機(jī)構(gòu)，當(dāng)膠帶機(jī)停止運(yùn)行，滾軸不再受帶面推力作用時(shí)，可以受機(jī)構(gòu)外力作用，擺動(dòng)回原點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)閥門的關(guān)閉功能。

閥門開啟與關(guān)閉狀態(tài)兩者間的夾角為90°，2種狀態(tài)對(duì)稱安裝在膠帶機(jī)帶面的垂線上。

使用滾軸，是為了讓其能緊貼膠帶機(jī)帶面的側(cè)邊，并始終隨著帶面的運(yùn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，自身不會(huì)損壞，也不會(huì)磨損帶面，受力也較均勻。

之所以使用配重裝置，而不使用彈簧等其他裝置，是因?yàn)榈V井膠帶機(jī)巷道內(nèi)的環(huán)境濕度高、煤塵大，彈簧容易受到氧化腐蝕，影響靈敏度和彈力的穩(wěn)定。使用配重裝置另外一個(gè)特點(diǎn)是調(diào)節(jié)受力較為靈活，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，調(diào)整配重質(zhì)量，就可以改變施加外力的大小，適應(yīng)性非常強(qiáng)。

2.2 結(jié)構(gòu)組成

該裝置由套頭、繩輪、鋼絲繩、軸承、繩輪架、滾軸、限位塊1、配重塊、套筒、限位塊2、管路、管路閥門、閥門手柄、支架、底座等組成，如圖2所示。

圖2 裝置結(jié)構(gòu)Fig.2 Device structure diagram

底座安裝在膠帶機(jī)的縱梁上或者根據(jù)實(shí)際安裝固定在其他位置上，管路閥門安裝在支架上，使用套管將滾筒軸的下端與閥門手柄連接，滾筒與滾筒軸之間安裝有軸承，滾筒緊貼膠帶機(jī)帶面的側(cè)邊，滾筒軸的上端安裝有套頭，套頭上安裝鋼絲繩的一端，鋼絲繩圍繞繩輪運(yùn)動(dòng)，繩輪安裝在繩輪架上，鋼絲繩的另一端連接有配重塊，管路的閥門開啟和關(guān)閉位置各安裝有1個(gè)限位塊。

管路閥門、管路均采用U形卡子結(jié)構(gòu)安裝在支架上，可以實(shí)現(xiàn)滾筒帶動(dòng)管路閥門的擺動(dòng)，當(dāng)膠帶機(jī)的帶面?zhèn)冗叧霈F(xiàn)偏離膠帶機(jī)中心線的情況時(shí)，滾筒仍能與膠帶機(jī)帶面保持緊密接觸。

當(dāng)膠帶機(jī)的帶面向前方運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)滾筒受力向前擺動(dòng)，由于滾筒軸通過(guò)套筒與管路閥門的手柄連接，形成了一個(gè)以閥門中心點(diǎn)為轉(zhuǎn)動(dòng)中心的機(jī)構(gòu)進(jìn)行擺動(dòng)，從而使閥門開啟，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴霧的功能。當(dāng)滾筒擺動(dòng)到限位塊2時(shí)，停止擺動(dòng)，并保持狀態(tài)，如圖3所示。

圖3 膠帶機(jī)運(yùn)行管路閥門開啟狀態(tài)示意Fig.3 Opening state of running pipeline valve of belt conveyor

當(dāng)膠帶機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，滾筒不再受到帶面向前方運(yùn)動(dòng)時(shí)的力，滾筒不再帶動(dòng)閥門擺動(dòng)，此時(shí)滾筒會(huì)受到配重塊牽引的鋼絲繩運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)滾筒向回?cái)[動(dòng)，使管路閥門回到關(guān)閉狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴霧關(guān)閉的功能。當(dāng)滾筒擺動(dòng)到限位塊1時(shí)，停止擺動(dòng)，保持閥門關(guān)閉狀態(tài)，如圖4所示。

圖4 膠帶機(jī)停止運(yùn)行管路閥門關(guān)閉狀態(tài)示意Fig.4 Closed state of the pipeline valve when the belt conveyor stops running

底座可以根據(jù)需要安裝在皮帶架縱梁等結(jié)構(gòu)件上，也可以安裝固定在地面上，從而實(shí)現(xiàn)從上皮帶控制閥門開啟或從下皮帶控制閥門開啟的功能轉(zhuǎn)變。

3 創(chuàng)新點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

3.1 創(chuàng)新點(diǎn)

該裝置可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械式控制膠帶機(jī)巷道的自動(dòng)噴霧功能。

所有的構(gòu)件安裝簡(jiǎn)便，套頭、繩輪、鋼絲繩、滾筒、套筒、管路、管路閥門、閥門手柄等重要部件損壞后，只針對(duì)損壞件更換即可，容易維修。

無(wú)需電氣設(shè)備，成本低廉，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，不需要電控系統(tǒng)，不需要膠帶機(jī)的控制保護(hù)裝置提供聯(lián)動(dòng)，簡(jiǎn)化控制保護(hù)系統(tǒng)，使膠帶機(jī)的控制保護(hù)更加可靠。

3.2 優(yōu)勢(shì)

原理簡(jiǎn)單，安裝簡(jiǎn)便，可調(diào)節(jié)性強(qiáng)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的可塑性強(qiáng)，無(wú)彈簧等構(gòu)件，能較好地適應(yīng)井下潮濕多塵的環(huán)境，不易損壞。

可靠性高，易于加工，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊，有顯著經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

目前基于該裝置設(shè)計(jì)思路、原理、結(jié)構(gòu)的原型機(jī)已在國(guó)能神東煤炭集團(tuán)石圪臺(tái)煤礦的3-1號(hào)煤層大巷膠帶機(jī)試用，經(jīng)過(guò)試運(yùn)行半年時(shí)間的不斷試驗(yàn)、改進(jìn)、完善、調(diào)整，已經(jīng)形成了成熟穩(wěn)定可靠的成品，其制作工藝簡(jiǎn)單，易于加工實(shí)現(xiàn)，成本低廉，較電控系統(tǒng)有明顯的優(yōu)勢(shì)，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。

膠帶機(jī)用機(jī)械式閥門自動(dòng)控制裝置打破傳統(tǒng)思維方式，創(chuàng)新思路，不再局限于相對(duì)復(fù)雜的電路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)噴霧的自動(dòng)控制，更加簡(jiǎn)單可靠，不會(huì)對(duì)膠帶機(jī)的控制產(chǎn)生影響，利用膠帶機(jī)運(yùn)行期間的外力作用，實(shí)現(xiàn)閥門的自動(dòng)控制。