李志剛

（大運華盛老窯溝煤業(yè)有限公司， 山西 寧武 036700）

0 引言

現(xiàn)如今，帶式輸送機已經(jīng)成為煤礦井下不可缺少的關(guān)鍵運輸設(shè)備，然而在帶式輸送機運行過程中，其膠帶難免會出現(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)，要對帶式輸送機的膠帶進行階段性更換。但是如今井下采用裝置系統(tǒng)進行帶式輸送機膠帶更換方式的仍然占少數(shù)，大多通過人工進行換帶?？紤]到井下作業(yè)空間的特殊性，經(jīng)由人工進行換帶的作業(yè)方式耗費時間較長，耽誤井下的運輸生產(chǎn)進度，并且工人的作業(yè)安全也得不到保障，導致煤礦企業(yè)面臨巨大的利益損失。因此，對帶式輸送機快速換帶系統(tǒng)的設(shè)計就顯得十分有必要，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 帶式輸送機換帶方式存在的問題

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

以上的種種現(xiàn)象為帶式輸送機的運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)必要對帶式輸送機的膠帶按時進行更換。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)境的惡劣復雜性，使得輸送機的換帶過程變得十分困難。現(xiàn)階段，國內(nèi)大部分礦井仍然采用人工方式進行換帶，將舊的膠帶換下后，又需要將新的膠帶在輸送機上完整鋪好，使其與舊接口通過熱硫化方式實現(xiàn)對接。考慮到帶式輸送機的布置長度一般較長，且存在一定的傾斜角度，再加上膠帶自身的重量也不輕，因此在對輸送機采用人工方式進行換帶時，需要7～10 個工作日才能完成。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)進度?；谏鲜鰡栴}，本文設(shè)計了帶式輸送機快速換帶系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于現(xiàn)場工業(yè)。

2 帶式輸送機換帶系統(tǒng)的設(shè)計方案

2.1 帶式輸送機換帶裝置的設(shè)計

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

圖1 帶式輸送機換帶系統(tǒng)

根據(jù)履帶行駛控制系統(tǒng)的設(shè)計靈感，研制出了該系統(tǒng)的換帶裝置，其主要動力來源為液壓泵站，換帶裝置的具體結(jié)構(gòu)由液壓油缸、皮帶傳動結(jié)構(gòu)、導向結(jié)構(gòu)和機架支撐結(jié)構(gòu)組成。同時與電控柜配套，實現(xiàn)換帶裝置的智能控制，以達到換帶的快速化以及自動化效果。帶式輸送機的換帶裝置充分結(jié)合了履帶式設(shè)計系統(tǒng)的優(yōu)點，即運行速度快、穩(wěn)定，皮帶接觸面積大，在液壓缸的驅(qū)動下，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，利用皮帶與履帶之間產(chǎn)生的摩擦，回收輸送機的舊皮帶。此外，為了使換帶流程可以順利進行，在帶式輸送機的尾部還安裝了卷簾，使整個帶式輸送機在更換皮帶的過程中不需要停機，這也進一步減少了換帶耗費的時間，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

截至目前，國內(nèi)絕大多數(shù)煤礦企業(yè)的液壓泵站都采用的是手動控制或者自動控制的方式，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力。它可以實現(xiàn)電能到壓力能再到機械能的轉(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)可細分為皮帶輸送系統(tǒng)和壓榨系統(tǒng)。它們來自同一個電源，可以通過相應(yīng)的組件完成線性動作和旋轉(zhuǎn)動作。

液壓傳動系統(tǒng)的電路又分為皮帶繃緊電路和傳動電路。其中，傳動電路是在履帶對膠帶進行加壓時，通過電機的轉(zhuǎn)動將膠帶和履帶間互相接觸產(chǎn)生的摩擦力轉(zhuǎn)為驅(qū)動力。該回路通過電磁閥回路實現(xiàn)了與液壓馬達進出油口的連接，同時也可以通過調(diào)節(jié)閥來調(diào)整對進油管和液壓系統(tǒng)之間的電流控制。而皮帶繃緊電路則是通過升降的動作來控制履帶裝置，進而達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 帶式輸送機換帶系統(tǒng)的建模分析

為進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，對帶式輸送機的換帶裝置模型進行了建立，如圖2 所示為主要的建模流程示意圖。此外，又按照實際的設(shè)計參數(shù)對架體底座和發(fā)動機鏈輪等進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 軟件對模型進行有限元分析。把已經(jīng)裝配好的三維立體模型導入ANSYS 軟件中展開進一步的優(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)，對于換帶裝置的重要設(shè)備，其在進行優(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)濟成本。同時，經(jīng)由運動學的仿真模擬分析后，可以發(fā)現(xiàn)換帶系統(tǒng)在整體運行的過程中，其部件的受力情況、速度、位移以及加速度等都符合預期，驗證了該系統(tǒng)在輸送機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 帶式輸送機換帶系統(tǒng)的現(xiàn)場應(yīng)用

本文設(shè)計帶式輸送機換帶系統(tǒng)的目的就是提高井下輸送機膠帶的更換效率，保障井下的安全正常生產(chǎn)，因此將所研制的換帶系統(tǒng)在山西某礦進行了工業(yè)性試驗應(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 個月，每次更換膠帶至少要耗費7 個工作日。如圖3 所示為現(xiàn)場經(jīng)過實地考察后的帶式輸送機換帶系統(tǒng)的布置。

圖3 帶式輸送機換帶系統(tǒng)的布置

在系統(tǒng)布置完成后，對其應(yīng)用效果進行了分析。在試驗前，把整個換帶系統(tǒng)以及與之配套的控制裝置安放在運輸大巷周圍，并且采用固定裝置對換帶系統(tǒng)整個機械結(jié)構(gòu)進行固定。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)啟動前的準備。在允許啟動后，打開電控柜控制履帶機構(gòu)來對帶式輸送機上的舊膠帶進行收卷動作，并在另一側(cè)和新膠帶進行硫化連接，使得新膠帶可以完整地鋪設(shè)到輸送機上，從而達到帶式輸送機快速換帶的目的。通過現(xiàn)場的成功應(yīng)用，進一步證實了研制的輸送機換帶系統(tǒng)在運行過程中的平穩(wěn)性以及可靠性，大大降低了技術(shù)人員的作業(yè)強度，降低了換帶時間的同時又提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率。