申閃光，苗強(qiáng)

(潞安集團(tuán) 王莊煤礦, 山西 長(zhǎng)治 046031)

0 引言

在帶式輸送機(jī)運(yùn)輸原煤的過程中，受輸送帶跑偏、載荷不均勻或輸送帶上附著煤塵不能及時(shí)得到清理等因素影響，輸送帶沿線經(jīng)常有大量煤塵散落或堆積在輸送帶底部，極難清理干凈，容易造成底部輸送帶磨損、拌卡和托輥的損壞等不利后果，縮短了托輥和輸送帶的使用壽命，因此，積煤必須及時(shí)清理。現(xiàn)在的清煤工作主要以人力清理為主，清理過程不但耗時(shí)、耗工、耗力，還因各限制條件及因素制約，清理效果往往不佳。為此，王學(xué)澤[1]針對(duì)帶式輸送機(jī)輸送帶表面的煤泥設(shè)計(jì)回煤清掃裝置，將設(shè)計(jì)的清掃裝置與膠帶表面接觸，利用耐磨、阻燃且抗靜電的尼龍絲進(jìn)行自動(dòng)清掃；試驗(yàn)結(jié)果顯示，該裝置的回煤清掃率可達(dá)88%以上。石曉磊[2]設(shè)計(jì)硬質(zhì)合金刮板清掃器，安裝于帶式輸送機(jī)滾筒前部，通過對(duì)清掃器重塊的調(diào)整，改變清掃器對(duì)輸送帶的壓力，進(jìn)而達(dá)到清掃回煤的目的。由于壓力調(diào)整不當(dāng)，該方案可能會(huì)造成對(duì)輸送帶的損傷并需要進(jìn)行二次清掃。武雪威[3]針對(duì)輸送帶運(yùn)輸系統(tǒng)的輸送帶粘煤?jiǎn)栴}，設(shè)計(jì)基于永磁直驅(qū)員配置的目的，同時(shí)也提高了輸送帶運(yùn)輸系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。自清煤滾筒實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)內(nèi)側(cè)清煤的自動(dòng)化，達(dá)到了降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度、減少人員配置。劉耿[4]等設(shè)計(jì)了自動(dòng)清理箕斗積煤的機(jī)械裝置，主要由破拱器、小車裝置以及控制元件組成；試驗(yàn)結(jié)果表明，該清煤裝置清煤效果良好，但經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，該清煤裝置需要進(jìn)行人工清洗。徐志廣[5]設(shè)計(jì)了一種微型膠帶運(yùn)輸送機(jī)機(jī)尾清煤器，以風(fēng)為動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，并依靠摩擦力將機(jī)尾的積煤清出。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，消除了積煤隱患。以小型推車、小型提升機(jī)為積煤清理裝置的核心部件，分析其機(jī)械結(jié)構(gòu)以及控制原理。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主運(yùn)帶式輸送機(jī)底部積煤清理裝置，包括放置在主運(yùn)帶式輸送機(jī)底部可行走的小型推車、設(shè)置在主運(yùn)帶式輸送機(jī)底部外側(cè)的提升機(jī)以及設(shè)置在主運(yùn)帶式輸送機(jī)一側(cè)并可以沿軌道行走的驅(qū)動(dòng)裝置，如圖1所示。

1-小型推車；2-提升機(jī)；3-液壓動(dòng)力站；4-主運(yùn)帶式輸送機(jī)；5-軌道。圖1 主運(yùn)帶式輸送機(jī)底部積煤清理裝置整體結(jié)構(gòu)

軌道沿主運(yùn)帶式輸送機(jī)設(shè)置，驅(qū)動(dòng)裝置為小型推車和提升機(jī)提供動(dòng)力。該積煤清理裝置采用開放式的集鏟、運(yùn)、推、提一體化底煤清理裝備，適合于含有鐵絲、棉紗、油質(zhì)、硬矸的積煤清理，比傳統(tǒng)的封閉式清煤系統(tǒng)環(huán)境適用性更強(qiáng)[6]。由于輸送帶底部空間狹小，一般設(shè)備無法伸入并徹底清理積煤，小推車充分借鑒蟹爪式鑿巖機(jī)的蟹爪結(jié)構(gòu)，中部加微型輸送帶，采用推斗往外推，這樣可以在不轉(zhuǎn)彎的情況下將犄角的積煤通過鏟斗輸送帶轉(zhuǎn)運(yùn)到推斗，可以最大限度地完成積煤清理。同時(shí)采用履帶行走，充分適應(yīng)煤礦復(fù)雜地形。

1.1 小型推車

小型推車主要是將主運(yùn)帶式輸送機(jī)底部積煤推到寬敞的行人側(cè)路面，便于清理，機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖2所示。主運(yùn)帶式輸送機(jī)架間底部空間非常狹小，小型推車兩端的鏟斗、推斗設(shè)計(jì)為可以向上抬升的結(jié)構(gòu)，蟹爪鏟斗端可以通過蟹爪將不便清理的積煤輸送至中間輸送帶上，然后輸送到推斗一端，再由推斗推出外面，這樣小型推車就可以在不掉頭的情況下在狹小的空間內(nèi)清理積煤。另外推斗做成可調(diào)節(jié)高度的結(jié)構(gòu)，可在蟹爪鏟斗工作時(shí)抬起，避免中部輸送帶輸送的積煤埋壓推斗，同時(shí)有利于通過大塊矸石。鏟斗、推斗做成可調(diào)節(jié)高度的結(jié)構(gòu)還便于小車在狹小空間轉(zhuǎn)彎，躲避底部障礙物。小型推車的行走，轉(zhuǎn)彎等由管路外接手動(dòng)閥組連接，便于遠(yuǎn)距離操控。

(a) 主視圖

1.2 小型提升機(jī)

提升機(jī)放在主運(yùn)帶式輸送機(jī)寬敞的行人側(cè)，靠履帶行走提供的推力將小型推車推出的積煤推在鏟斗上，再由蟹爪將積煤耙到中部輸送帶上，輸送帶將積煤提升到一定高度后，積煤通過簸箕自溜到主運(yùn)帶式輸送機(jī)上，完成積煤清理，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示。

(a) 主視圖

在進(jìn)行小型提升機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮其橫向剛度[7-8]，即該小型提升機(jī)鋼絲繩在提升積煤的重力以及鋼絲繩本身重力作用下，當(dāng)提升鋼絲繩受到橫向作用力F時(shí)，鋼絲繩產(chǎn)生橫向偏移y，F(xiàn)與y的比值定義為該小型提升機(jī)鋼絲繩的剛性系數(shù)K，即為橫向剛度，公式為：

(1)

根據(jù)鋼絲繩兩端受力分析以及受力平衡原理可得式(2)：

(2)

式中：Q為提升機(jī)下端積煤重力，ρ為鋼絲繩單位長(zhǎng)度質(zhì)量，L為鋼絲繩懸垂長(zhǎng)度，L1為鋼絲繩橫向受力長(zhǎng)度。

由式(1)和式(2)可知，該小型提升機(jī)鋼絲繩的橫向剛度為：

(3)

且最小橫向剛度為：

(4)

在設(shè)計(jì)小型提升機(jī)時(shí)，選取的參數(shù)為：L為10 m；d為25 mm；ρ為14.21 kg/m；破力總合P為509 kN；下端懸垂重力最大為80 kN。

1.3 驅(qū)動(dòng)裝置

驅(qū)動(dòng)裝置用于為小型推車、小型提升機(jī)提供動(dòng)力源，并完成動(dòng)作控制，如小型推車鏟斗的升降、蟹爪的正反轉(zhuǎn)、中部運(yùn)輸輸送帶的啟停等。與傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置相比，該積煤清理驅(qū)動(dòng)裝置采用鉛酸蓄電池直接為驅(qū)動(dòng)裝置的直流電動(dòng)機(jī)供電，可省去繁瑣的接線，更加有利于設(shè)備的維修和維護(hù)。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

主運(yùn)帶式輸送機(jī)底部積煤清理裝置的控制系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)裝置完成，控制系統(tǒng)如圖4所示，由遙控模式或本地控制模式完成對(duì)小型推車以及提升機(jī)的控制。在遙控發(fā)射器面板設(shè)計(jì)有控制小型推車以及小型提升機(jī)的控制按鈕，利用使能鍵作為區(qū)分，另還設(shè)計(jì)有急停按鈕。遙控發(fā)射器以WiFi、CAN通信方式將控制指令發(fā)送給遙控接收器。PLC控制器以CAN通信模式讀取遙控接收器的數(shù)據(jù)，完成邏輯處理功能并驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外部元器件動(dòng)作。小型推車/小型提升機(jī)由泵站電動(dòng)機(jī)/運(yùn)輸電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。泵站電動(dòng)機(jī)主要為控制鏟斗、推斗等提供液壓動(dòng)力，由PLC控制器控制電液開關(guān)閥通斷進(jìn)而完成對(duì)液壓執(zhí)行元件的動(dòng)作。運(yùn)輸電動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)輸送帶，PLC控制器對(duì)輸送帶采用恒速控制模式。

圖4 主運(yùn)帶式輸送機(jī)底部積煤清理裝置的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3 應(yīng)用現(xiàn)狀

使用該積煤清理裝置后，減少了主運(yùn)帶式輸送機(jī)底部積煤對(duì)托輥、輸送帶的磨損，延長(zhǎng)了主運(yùn)帶式輸送機(jī)機(jī)械部件的使用壽命。有效預(yù)防了輸送帶的跑偏、打滑故障，提高了主運(yùn)帶式輸送機(jī)機(jī)的生產(chǎn)效率。省去清煤工，提高了工人勞動(dòng)環(huán)境的安全性。目前煤礦主運(yùn)帶式輸送機(jī)底部積煤清理大都是人工拿大鐵鍬清理，依據(jù)3 000 m長(zhǎng)的主運(yùn)帶式輸送機(jī)計(jì)算，每班安排2名專職清煤工，外加檢修班5個(gè)檢修工清煤，3班共計(jì)11人。

若應(yīng)用該設(shè)備只需要1人即可完成操作，大大減少人工使用成本，為礦井實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化添磚加瓦。從經(jīng)濟(jì)角度計(jì)算，以每人每月7 000元計(jì)算，每部輸送帶每月可節(jié)省77 000元，一年節(jié)省924 000元。

目前，王莊煤礦共計(jì)10部輸送帶，總節(jié)省人工成本9 240 000元，經(jīng)濟(jì)效果非常明顯。同時(shí)，由于該套裝備高效的清理效率，可以在輸送機(jī)突發(fā)擁煤時(shí)造成大量積煤外溢的情況下，快速高效地清理?yè)砻海M(jìn)一步提高生產(chǎn)效率以及煤礦安全指數(shù)。

4 結(jié)論

設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了主運(yùn)帶式輸送機(jī)底部積煤清理裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及控制系統(tǒng)，解決了積煤產(chǎn)生的主運(yùn)帶式輸送機(jī)故障頻發(fā)，機(jī)械磨損嚴(yán)重的問題，改善了主運(yùn)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行環(huán)境，延長(zhǎng)了各機(jī)械部件的使用壽命，具有較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。