帶式輸送機滾筒剝磨一體機的設(shè)計分析

呂 超

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)馬脊梁礦， 山西 大同 037001）

引言

帶式輸送機滾筒是傳遞動力的重要部件，其可以有效地實現(xiàn)驅(qū)動輸送機運行以及改變運行的方向。假如滾筒發(fā)生故障時，那么將直接導(dǎo)致輸送機出現(xiàn)停機的現(xiàn)象，從而對礦井的生產(chǎn)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。對于傳統(tǒng)滾筒表面而言，其包括如下幾個形式：裸露光鋼面、菱形花紋橡膠覆面、人字形等。依據(jù)使用情況進(jìn)行分析可以看出，裸露光鋼面適用于小功率、小帶寬及干燥環(huán)境。菱形膠面主要應(yīng)用于雙向運輸輸送帶。人字形花紋由于其表面具有較大的摩擦系數(shù)，因此主要將其應(yīng)用在需要防滑以及排水需求大的地方。當(dāng)長時間使用帶式帶式輸送機后，其包膠滾筒的滾皮將損失超過60%以上，與此同時出現(xiàn)了破損以及脫膠的現(xiàn)象。從節(jié)約成本的層面進(jìn)行分析可以看出，假如直接報廢將會大大增加維修成本，通常對其進(jìn)行包膠處理。在進(jìn)行包膠作業(yè)時，通常清理以及打磨膠皮屬于非常費時又費力的工序，尤其對于主滾筒包膠，由于膠皮相對較厚，經(jīng)過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)此兩個工序共計需要花費66%的時間，并且勞動強度比較大以及效率低下。鑒于此，開發(fā)出滾筒阻燃膠皮磨損一體機，這樣可以實現(xiàn)膠皮自動車削、磨削作業(yè)，從而可以大大提升自動化程度，這樣可以大大降低人力成本以及優(yōu)化作業(yè)效率，最終可以保證生產(chǎn)過程的可靠性。

1 傳統(tǒng)滾筒包膠工藝

通常情況下，傳統(tǒng)滾筒包膠工藝包括如下流程：固定包膠滾筒、清理破損膠皮、打磨外表面殘留膠渣指導(dǎo)出現(xiàn)金屬色為止、涂清洗劑、涂膠、裁板、包膠、處理倒角等。

在進(jìn)行修復(fù)的過程中，工作強度最大的為：清理和打磨膠皮工序。首先借助裝演刀對膠皮切口，接著使用風(fēng)鎬實現(xiàn)振動剝離作用。對于厚度在15 mm 以上的膠皮，由于膠皮硬度較大，因此在進(jìn)行剝離的過程中其厚度小于5 mm，與此同時由于振動強度相對較大，因此勞動強度相對較大。對于滾筒打磨時，通?？梢越柚悄C清除殘留膠渣，并且人工打磨出現(xiàn)不均勻的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致殘留零碎膠渣的現(xiàn)象，因此處理效果不理想[1-2]。

2 滾筒阻燃膠皮剝磨一體機的研制

鑒于傳統(tǒng)滾筒包膠工藝在效率以質(zhì)量方面都不理想，因此需要對其工藝進(jìn)行改造，從而開發(fā)出滾筒阻燃膠皮剝磨一體機。依據(jù)車床自身的工作原理以及液壓傳動過程，通常由主控器開始發(fā)出指令，這樣即可實現(xiàn)滾筒剝皮以及磨削工藝。該機器操作已經(jīng)全面實現(xiàn)自動化控制標(biāo)準(zhǔn)，由PLC 實現(xiàn)滾筒正反轉(zhuǎn)以及刀架縱橫自動移動。刀架座不僅可以設(shè)置砂輪架，而且可以設(shè)置車刀架。

2.1 液壓馬達(dá)、油泵、電機的選型

DSJ160/3×560 帶式輸送機的包膠滾筒如下幾個種：Φ1030 mm×l 600 mm、Φ800 mm×l 600 mm、Φ630 mm×1600 mm、Φ320 mm×1600 mm，其中以直徑最大的Φ1030 mm 滾筒為設(shè)計基準(zhǔn)。

經(jīng)過系統(tǒng)計算可以得到剝磨一體機切削力F=3360.98 N，力矩公式為：

式中：D 為相應(yīng)的滾筒直徑，取1030 mm。

將數(shù)值代入公式得T=1730.9 N·m。

結(jié)合本廠的維修配件以及力矩進(jìn)行分析，選擇1JMD-63 徑向柱塞馬達(dá)，其參數(shù)如下所示：額定扭矩取值為1851 Nm，轉(zhuǎn)速設(shè)置在10～200 r/min 之間，排量q 取值為0.78 L/r。

由于液壓泵輸出與輸入的流量相等的原則，相應(yīng)的輸入馬達(dá)的流量公式如下所示：

式中：n 為相應(yīng)的馬達(dá)工作轉(zhuǎn)速，取35 r/min。

將數(shù)值代入公式得：Q=27.3 L/min。

而相應(yīng)的液壓泵的排量計算如下：

式中：n0為相應(yīng)的液壓泵轉(zhuǎn)速，取1480 r/min。

將數(shù)值代入公式得：q0=0.01845 L/r。

經(jīng)過分析可以看出選用液壓泵型號為25MCY14-1B 軸向柱塞泵。

驅(qū)動液壓泵所需功率計算如下：

式中：P 為相應(yīng)的液壓泵的最大工作壓力，取31.5MPa。

將數(shù)值代入公式得：P'=14.33 kW。

由于電機效率可以對泵的效率產(chǎn)生影響，通常情況下電機功率選用的范圍在1.1～1.35 倍，進(jìn)而得到電機功率在15.8～19.3 kW 之間。查閱相關(guān)手冊可以看出電機功率選用18.5 kW。

2.2 滾筒剝磨一體機的結(jié)構(gòu)及原理

滾筒剝磨一體機如圖1 所示。動力機構(gòu)包括電機、油泵、馬達(dá)等?？刂茊卧ㄖ骺仄鳌LC、變頻器等。傳動機構(gòu)包括刀架、絲杠、萬向聯(lián)軸器、馬達(dá)固定座等。以上三者共同作業(yè)即可實現(xiàn)滾筒磨損膠皮的清理工作。

圖1 滾筒剝磨一體機

1）從工作原理方面來分析，依據(jù)包膠滾筒的長度，對滾筒固定座進(jìn)行調(diào)整，以及將滾筒設(shè)置在固定座上面。接著開始對PLC 進(jìn)行編程，依據(jù)膠皮的厚度計算車刀縱向進(jìn)給量。與此同時，依據(jù)滾筒筒體長度設(shè)置車刀橫向行程量，進(jìn)而調(diào)整各個電機的控制循序，這樣不僅可以保證三臺電機實現(xiàn)聯(lián)鎖工作，而且開機即可進(jìn)行車削與磨削作業(yè)[3]。

2）圖2 表示相應(yīng)的液壓工作原理，油泵在電動機的驅(qū)動下，油泵可以通過吸油濾油器從油箱開始吸油。在進(jìn)行車削的過程中，可以按下啟動按鈕，這時油將會通過電磁換向閥左端，實現(xiàn)馬達(dá)左腔進(jìn)液，從而可以帶動滾筒順時針開始旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)膠皮車削作業(yè)。當(dāng)在進(jìn)行磨削的過程中，工作人員按下相應(yīng)的按鈕時，油液將會進(jìn)入電磁換向閥右端，這時在馬達(dá)的右腔出現(xiàn)油液，從而可以帶動滾筒實現(xiàn)逆時針旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而可以實現(xiàn)磨削動作。

圖2 液壓原理圖

3）圖3 表示相應(yīng)的控制原理示意圖。將PLC 與主控器進(jìn)行連接后，這時按下啟動按鈕即可實現(xiàn)對電機的控制，當(dāng)M1電機得電運行后，使得YV1處于吸合狀態(tài)，而相應(yīng)的滾筒開始進(jìn)行正向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)計時器開始計時后，其需要延伸5 s 后才可以啟動M2，車刀縱向按模擬參數(shù)量進(jìn)給。假如M2滿足主控器設(shè)置的參數(shù)后，那么其內(nèi)部設(shè)置的編碼器將該信號反饋給PLC 控制單元，當(dāng)M2停止運行后，相應(yīng)的M3將處于啟動狀態(tài)，車刀開始橫向車削。當(dāng)車完成橫向形成后，那么其內(nèi)部設(shè)置的編碼器將該信號反饋給PLC 控制單元，當(dāng)M3停止運行后，相應(yīng)的M1也停止動作，車刀開始橫向車削。在對磨削砂輪進(jìn)行更換后，這時可以啟動方向按鈕，那么這時M1電機得電運行，相應(yīng)的YV2開始進(jìn)入吸合狀態(tài)，從而使得滾筒開始進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)計時器開始進(jìn)入延時5 s 后，那么相應(yīng)的M2將會依據(jù)程序開始工作。假如M2滿足主控器設(shè)置的參數(shù)后，那么其內(nèi)部設(shè)置的編碼器將該信號反饋給PLC 控制單元，M2停止運行，M3開始磨削工作。假如磨削完成后，將該信號傳輸給PLC，那么M3停止，M1停止，這時即完成了整個控制過程。

圖3 控制原理圖

2.3 創(chuàng)新點的設(shè)計

1）液壓馬達(dá)的輸出軸與滾筒軸之間選用萬向軸進(jìn)行連接，保證兩軸不在同一個軸上也可以實現(xiàn)穩(wěn)定的傳遞動力。

2）借助PLC 實現(xiàn)滾筒驅(qū)動裝置預(yù)絲杠之間實現(xiàn)聯(lián)鎖啟停。

3）對刀架底座進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，不僅可以實現(xiàn)刀具安裝，而且可以實現(xiàn)電動砂輪頭的安裝。

3 應(yīng)用效果分析

為了驗證工程實踐效果，以Φ1030 mm×l 600 mm 滾筒包膠為例，使用該機器在進(jìn)行清理與打磨時，只需要1 人2 h 即可完成，以工作該廠每月的工作時間來計算，20 個工作日可以節(jié)約158 h 的時間，折合維修薪酬節(jié)約了11664 元。具體如表1 所示。

表1 工藝改進(jìn)前后數(shù)據(jù)對比

4 結(jié)語

該機器可以優(yōu)化傳統(tǒng)人工作業(yè)情況，不僅可以大大優(yōu)化勞動強度，而且可以大大提高滾筒作業(yè)時間。該帶式輸送機結(jié)構(gòu)簡單、通用性強等，其廣泛的應(yīng)用于煤炭、化工、建材、電力等行業(yè)。經(jīng)過工程實踐發(fā)現(xiàn)改機在滾筒膠皮清理方面可以實現(xiàn)自動化控制，因此具有較大的推廣性。