帶式輸送機(jī)快速換帶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

李志剛

（大運(yùn)華盛老窯溝煤業(yè)有限公司， 山西 寧武 036700）

0 引言

現(xiàn)如今，帶式輸送機(jī)已經(jīng)成為煤礦井下不可缺少的關(guān)鍵運(yùn)輸設(shè)備，然而在帶式輸送機(jī)運(yùn)行過程中，其膠帶難免會(huì)出現(xiàn)刮痕、磨損甚至斷裂的情況[1]。所以，為了確保井下的安全正常生產(chǎn)，要對(duì)帶式輸送機(jī)的膠帶進(jìn)行階段性更換。但是如今井下采用裝置系統(tǒng)進(jìn)行帶式輸送機(jī)膠帶更換方式的仍然占少數(shù)，大多通過人工進(jìn)行換帶?？紤]到井下作業(yè)空間的特殊性，經(jīng)由人工進(jìn)行換帶的作業(yè)方式耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，耽誤井下的運(yùn)輸生產(chǎn)進(jìn)度，并且工人的作業(yè)安全也得不到保障，導(dǎo)致煤礦企業(yè)面臨巨大的利益損失。因此，對(duì)帶式輸送機(jī)快速換帶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就顯得十分有必要，這也為井下的安全高效生產(chǎn)提供了有力的設(shè)備支持。

1 帶式輸送機(jī)換帶方式存在的問題

在運(yùn)輸過程中，帶式輸送機(jī)主要依靠皮帶與煤和物料之間的摩擦來完成相應(yīng)的運(yùn)輸工作，因此輸送帶是輸送物料、實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵結(jié)構(gòu)[2]。同時(shí)，設(shè)備工作時(shí)，托輥與皮帶、輸送滾筒與皮帶之間存在一定的摩擦，在長(zhǎng)期的生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中會(huì)使皮帶輸送機(jī)磨損、劃傷，甚至因鋼絲繩腐蝕而導(dǎo)致皮帶斷裂。

以上的種種現(xiàn)象為帶式輸送機(jī)的運(yùn)行留下了一定的安全隱患，大大降低了膠帶原有的使用壽命，所以本著井下安全生產(chǎn)的原則，務(wù)必要對(duì)帶式輸送機(jī)的膠帶按時(shí)進(jìn)行更換。但是，井下可供工人作業(yè)的空間是十分有限的，再加上環(huán)境的惡劣復(fù)雜性，使得輸送機(jī)的換帶過程變得十分困難?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)大部分礦井仍然采用人工方式進(jìn)行換帶，將舊的膠帶換下后，又需要將新的膠帶在輸送機(jī)上完整鋪好，使其與舊接口通過熱硫化方式實(shí)現(xiàn)對(duì)接?？紤]到帶式輸送機(jī)的布置長(zhǎng)度一般較長(zhǎng)，且存在一定的傾斜角度，再加上膠帶自身的重量也不輕，因此在對(duì)輸送機(jī)采用人工方式進(jìn)行換帶時(shí)，需要7～10 個(gè)工作日才能完成。在此期間，地下開采工作面必須完全關(guān)閉，這大大推遲了企業(yè)的生產(chǎn)進(jìn)度?；谏鲜鰡栴}，本文設(shè)計(jì)了帶式輸送機(jī)快速換帶系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)。

2 帶式輸送機(jī)換帶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

2.1 帶式輸送機(jī)換帶裝置的設(shè)計(jì)

為了解決傳統(tǒng)的輸送機(jī)換帶方式存在的弊端，本著機(jī)電液一體化的研究理念，設(shè)計(jì)了帶式輸送機(jī)換帶系統(tǒng)，如圖1 所示為整體換帶過程的主要示意圖。

圖1 帶式輸送機(jī)換帶系統(tǒng)

根據(jù)履帶行駛控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)靈感，研制出了該系統(tǒng)的換帶裝置，其主要?jiǎng)恿碓礊橐簤罕谜?，換帶裝置的具體結(jié)構(gòu)由液壓油缸、皮帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、導(dǎo)向結(jié)構(gòu)和機(jī)架支撐結(jié)構(gòu)組成。同時(shí)與電控柜配套，實(shí)現(xiàn)換帶裝置的智能控制，以達(dá)到換帶的快速化以及自動(dòng)化效果。帶式輸送機(jī)的換帶裝置充分結(jié)合了履帶式設(shè)計(jì)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，即運(yùn)行速度快、穩(wěn)定，皮帶接觸面積大，在液壓缸的驅(qū)動(dòng)下，換帶裝置的履帶被迫壓緊，這樣履帶在減速器的作用下向前推進(jìn)，利用皮帶與履帶之間產(chǎn)生的摩擦，回收輸送機(jī)的舊皮帶。此外，為了使換帶流程可以順利進(jìn)行，在帶式輸送機(jī)的尾部還安裝了卷簾，使整個(gè)帶式輸送機(jī)在更換皮帶的過程中不需要停機(jī)，這也進(jìn)一步減少了換帶耗費(fèi)的時(shí)間，增加了煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率。

2.2 換帶系統(tǒng)液壓部分的設(shè)計(jì)

截至目前，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)煤礦企業(yè)的液壓泵站都采用的是手動(dòng)控制或者自動(dòng)控制的方式，以上均具有皮帶收回和更換功能[3]。本研究設(shè)計(jì)的換帶裝置液壓系統(tǒng)主要由液壓泵站、輸送管道等結(jié)構(gòu)組成。該系統(tǒng)的主要功能是為皮帶更換裝置提供動(dòng)力。它可以實(shí)現(xiàn)電能到壓力能再到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。產(chǎn)生的能量足以滿足皮帶更換裝置的需要。液壓系統(tǒng)可細(xì)分為皮帶輸送系統(tǒng)和壓榨系統(tǒng)。它們來自同一個(gè)電源，可以通過相應(yīng)的組件完成線性動(dòng)作和旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。

液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的電路又分為皮帶繃緊電路和傳動(dòng)電路。其中，傳動(dòng)電路是在履帶對(duì)膠帶進(jìn)行加壓時(shí)，通過電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)將膠帶和履帶間互相接觸產(chǎn)生的摩擦力轉(zhuǎn)為驅(qū)動(dòng)力。該回路通過電磁閥回路實(shí)現(xiàn)了與液壓馬達(dá)進(jìn)出油口的連接，同時(shí)也可以通過調(diào)節(jié)閥來調(diào)整對(duì)進(jìn)油管和液壓系統(tǒng)之間的電流控制。而皮帶繃緊電路則是通過升降的動(dòng)作來控制履帶裝置，進(jìn)而達(dá)到夾帶以及松帶的效果，并且該回路利用電磁閥來與液壓雙向鎖緊閥連接，從而能夠壓緊膠帶使其在初始位置不發(fā)生位移。

3 帶式輸送機(jī)換帶系統(tǒng)的建模分析

為進(jìn)一步證明該換帶系統(tǒng)的可行性，本文中使用了SolidWorks 模型軟件，對(duì)帶式輸送機(jī)的換帶裝置模型進(jìn)行了建立，如圖2 所示為主要的建模流程示意圖。此外，又按照實(shí)際的設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)架體底座和發(fā)動(dòng)機(jī)鏈輪等進(jìn)行了三維或立體模型的構(gòu)建，將所有部件的三維模型都建立好之后，再利用SolidWorks 軟件通過自下而上的方法，將每個(gè)部件都完成了組裝。但考慮到本文中所包含的裝配零部件數(shù)量較多，所以通過自下而上的裝配方式可以先裝配再進(jìn)行約束。

圖2 零部件建模流程

在建模工作完成后，又采用ANSYS 軟件對(duì)模型進(jìn)行有限元分析。把已經(jīng)裝配好的三維立體模型導(dǎo)入ANSYS 軟件中展開進(jìn)一步的優(yōu)化分析，具體參數(shù)優(yōu)化數(shù)據(jù)如表1 所示。從表1 中可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于換帶裝置的重要設(shè)備，其在進(jìn)行優(yōu)化前后的數(shù)值大小幾乎保持一致，如最大應(yīng)力、最大位移以及最大應(yīng)變等。然而換帶裝置的質(zhì)量從189.35 kg 減少到103.65 kg，可以看出優(yōu)化的效果還是較明顯的。由此可以發(fā)現(xiàn)，在關(guān)鍵參數(shù)幾乎不變的情況下，相應(yīng)的作用力與作用效果也會(huì)發(fā)生改變，然而卻在很大程度上降低了裝置的使用材料，節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本。同時(shí)，經(jīng)由運(yùn)動(dòng)學(xué)的仿真模擬分析后，可以發(fā)現(xiàn)換帶系統(tǒng)在整體運(yùn)行的過程中，其部件的受力情況、速度、位移以及加速度等都符合預(yù)期，驗(yàn)證了該系統(tǒng)在輸送機(jī)換帶工作中的可行性。

表1 換帶裝置優(yōu)化前后結(jié)果分析

4 帶式輸送機(jī)換帶系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

本文設(shè)計(jì)帶式輸送機(jī)換帶系統(tǒng)的目的就是提高井下輸送機(jī)膠帶的更換效率，保障井下的安全正常生產(chǎn)，因此將所研制的換帶系統(tǒng)在山西某礦進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)應(yīng)用。在此之前，該礦從未使用過任何換帶系統(tǒng)，人工換帶周期為3 個(gè)月，每次更換膠帶至少要耗費(fèi)7 個(gè)工作日。如圖3 所示為現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過實(shí)地考察后的帶式輸送機(jī)換帶系統(tǒng)的布置。

圖3 帶式輸送機(jī)換帶系統(tǒng)的布置

在系統(tǒng)布置完成后，對(duì)其應(yīng)用效果進(jìn)行了分析。在試驗(yàn)前，把整個(gè)換帶系統(tǒng)以及與之配套的控制裝置安放在運(yùn)輸大巷周圍，并且采用固定裝置對(duì)換帶系統(tǒng)整個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行固定。之后將液壓油缸通過快速接頭連接到一塊，將液壓油注滿油箱，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的壓力，以完成系統(tǒng)啟動(dòng)前的準(zhǔn)備。在允許啟動(dòng)后，打開電控柜控制履帶機(jī)構(gòu)來對(duì)帶式輸送機(jī)上的舊膠帶進(jìn)行收卷動(dòng)作，并在另一側(cè)和新膠帶進(jìn)行硫化連接，使得新膠帶可以完整地鋪設(shè)到輸送機(jī)上，從而達(dá)到帶式輸送機(jī)快速換帶的目的。通過現(xiàn)場(chǎng)的成功應(yīng)用，進(jìn)一步證實(shí)了研制的輸送機(jī)換帶系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的平穩(wěn)性以及可靠性，大大降低了技術(shù)人員的作業(yè)強(qiáng)度，降低了換帶時(shí)間的同時(shí)又提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率。