礦用膠帶切割機的研發與應用

謝東辰

（永煤職工培訓學校，河南 永城 476600）

隨著永煤公司城郊煤礦井下膠帶運輸距離不斷拉長，使用后的廢舊膠帶不斷增多。為了減少生產成本投入，達到修舊利廢的目的，本文自行研發、設計、制作一臺膠帶切割機，將使用過的廢舊膠帶通過膠帶切割機切割，對其二次利用，做到重新入井使用。目前，機械手搖式膠帶切割機是市面上銷售的主導產品，在煤礦生產中這種膠帶切割機得到廣泛使用。機械手搖式膠帶切割機受到切割量小、勞動強度大，費工費力等局限性，給膠帶切割帶來諸多不便，將在煤炭行業中逐漸淘汰[1-3]。

根據相關要求及結合礦井實際情況，本文積極響應上級要求，因地制宜、多種途徑、講求實效、重點突破的方針，遵循機電設備綜合利用與企業發展相結合，與企業生產經營相結合，經濟效益與企業效益相統一的原則，努力提高材料的綜合利用水平，促進企業經濟健康發展[4]。

1 實施方案

1.1 工作原理

該膠帶切割機由電動機、減速箱、自制卷帶滾筒、網絡輥輸送裝置、機架、切割平臺、壓緊裝置、限位裝置、噴霧降塵系統、電控操作臺等組成（圖1）。

圖1 礦用膠帶切割機Fig.1 Mining tape cutting machine

機架上的廢舊膠帶，通過限位滾筒，沿著導軌經網絡滾筒輸送裝置，伸入壓緊滾筒內，電動機傳遞動力給網絡輥，兩側的壓緊裝置動作，依據摩擦力帶動膠帶向前運動，當膠帶運動至切割平臺時，啟動切割電機，噴霧降塵系統打開，固定在平臺上的合金刀隨即高速運轉，形成對膠帶的切割。隨后，繼續點動輸送裝置，當切割好的膠帶到達卷帶滾筒時，釋放壓緊裝置，停止點動輸送，將切割好的膠帶固定在機架末端的卷帶滾筒上，由卷帶滾筒作為傳動動力，依次將切割好的膠帶卷鋪成筒。

1.2 傳動系統的選擇

膠帶切割機不間斷的做連續旋轉運動，需要電動機將力從一個傳動輪傳遞到另一個上面。因此傳動系統要求具有收縮性小、抗變形、速度快、傳動力穩等特點。一般機電設備的軸與軸之間轉動常使用膠帶傳動、鏈傳動、齒輪齒條傳動等方式，在傳動過程中必須能將動力傳動所具有的優勢發揮的淋漓盡致，對比以上3種傳動方式，該礦選擇了不需外購、加工方便、成本低，自身即可加工完成的膠帶（三角帶）傳動。

膠帶傳動是用來將電動機的動力通過減速機再次轉化為旋轉運動的執行元件，其具有傳動效率高、定位準確等特點。

1.3 電控原理

在膠帶進行切割時，要求電動機經常運行在頻繁的啟動、制動、正反轉以及變負荷等多種方式，對電動機保護裝置提出了更高的要求。因漏電、電纜老化、環境潮濕等造成了電動機比過去更容易損壞，尤其是過載、短路、缺相等故障出現頻率增高，傳統的設備保護裝置以熱繼電器為主，但熱繼電器靈敏度低、誤差大、穩定性差，保護不可靠。

為了安全起見，順和煤礦設計的電控操作設備，安裝了以漏電斷路器、交流接觸器為主控，緊急停止、電壓表、電流表、信號指示等裝置，可直接顯示電壓、電流等參數，靈敏度和可靠性明顯提高、功能多、調試方便，保護動作后一目了然。既減少了電動機的損壞，又極大地方便了故障的判斷，對設備和人身安全起到了保護作用，如圖2所示。

（1）電機的控制。按下啟動按鈕SB3，接觸器KM1線圈通電吸合并自鎖，KM1主觸點閉合，M1通電起動運轉。如果要停止，只要按下SB4，KM1線圈失電，KM1主觸點斷開，M1斷電停轉。若M1過載，FR1動斷觸電斷開，若發生漏電、短路等保護器動作，KM1線圈失電M1停轉（M2、M3電動機起動與M1原理一致）。

（2）輸送電動機M4的控制。輸送電動機主要是膠帶在沒有卷鋪在卷帶滾筒時，控制膠帶進退。

用點動正反轉控制可以定位更準確。KM4、KM5連鎖，當按下SB8時，KM4線圈得電吸合，M4啟動正轉，膠帶前進。當到達所需位置時，松開SB8，KM4線圈斷電，M4停轉，膠帶停止前進。隨后將切割好的膠帶卷在滾筒上，按下SB9，接觸器KM5線圈得電吸合，M4起動反轉，膠帶后退，此時膠帶處于繃緊狀態，松開SB9，KM4線圈斷電，M4停轉。

圖2 電控原理Fig.2 Principle of electronic control

（3）信號指示燈。HL1、 HL2、 HL3、 HL4、 HL5、 HL6為信號指示燈，其工作電壓為36 V，由變壓器TC供給，分別由接觸器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5的動合觸點控制，表明電路的工作情況。HL1亮，表示切割電動機M1處于運轉狀態，工作臺切割刀正常運行。不亮，表示M1停轉。HL2亮，表示卷帶電動機處于運轉狀態。不亮，表示M2停轉。HL3亮，表示噴霧系統打開。不亮，表示水泵故障。HL4亮，表示輸送電機正轉。不亮，表示M4停轉。HL5亮，表示輸送電機反轉。不亮，表示M4停轉。HL6亮，表示控制電路的電源正常。不亮，表示電源有故障。

2 技術關鍵及技術路線

2.1 技術關鍵

（1）卷帶滾筒的制作。卷帶滾筒作為膠帶切割機的牽引機構，起著動力與卷帶的雙重作用。在制作卷帶滾筒時，經過反復改造，多次載荷運轉，最終確定如下方案。卷帶滾筒的制作如圖3所示。

卷帶滾筒總長1 750 mm，主要有φ13.3 mm鋼管，4副22kg軌道面，自制加工法蘭3塊，其中鋼管上用法蘭2塊，內徑130 mm，外徑220 mm，并分別在法蘭上對稱車4組寬10 mm、深30 mm的長方形槽。傳動法蘭1塊，內徑130 mm，外徑240 mm。在φ13.3 mm鋼管一端焊接傳動法蘭，作為減速機連接傳遞動力所用。以動力法蘭為起點向鋼管中心40 mm距離處焊接固定法蘭，另外一個法蘭經φ13.3 mm鋼管另一端套裝在鋼管上，此法蘭不經焊接，可以左右活動，在卸載膠帶時手動取下。將網絡滾筒輸送裝置輸送過來的膠帶，依附在φ13.3 mm鋼管上，取出一副軌道面，扣壓在固定法蘭和活動法蘭的長方形槽里，壓緊膠帶，并依此將另外3副軌道面扣壓在法蘭槽里。最后用30 mm扁鐵將4副軌道面兩端包扎，用螺栓逐漸壓緊。隨著卷帶滾筒的旋轉，切割好的膠帶以343 mm/s的速度不斷將膠帶卷鋪成筒。

圖3 卷帶滾筒的制作Fig.3 production of the take-up drum

（2）選擇切割速度。經過多次試驗，最終電動機選用11 kW，轉速V=970 r/min，電機與齒輪減速機通過三角帶連接，減比i=40，卷筒導程P=850 mm。該切割機線速度V線=V/i×P= 343 mm/s。

2.2 技術路線

技術路線如圖4所示。

圖4 技術路線Fig.4 Technical route

3 技術經濟指標

3.1 技術指標

膠帶切割機能對1 000 mm、1 200 mm兩種膠帶進行切割，成品為800 mm、1000 mm膠帶，按平均價260元/m計算，3人每月預計可修復5 000 m，成本約2元/m，每月可節約129萬元，一年可為該礦節約1 548萬元。城郊煤礦機修廠始建于2000年，該廠設有鉚焊、鉗工、電修、五小四個班組，共有職工100余人，其中高級技師5人，技師8人，高級工程師1人，工程師3人，主要負責全礦中、小型設備的檢修和加工工作。其中，鉚焊班主要負責加工各種規格的工字鋼、膠帶過橋、灑水箱、雜物箱、擋車器、車削件、撒水管絲、對輪等。鉗工班主要負責檢修膠帶機、耙矸機、減速機、噴漿機、鉆機等設備，加工簡易膠帶機、護欄、膠帶機小件、防跑偏托輥架等設備。電修班主要負責檢修各種型號的開關、電機、風機、變壓器等設備。五小班主要維修各種規格的托輥，膠帶滾筒，膠帶機附件、道拉桿、電纜、五小電器等設備。在當前經濟形勢下，機修廠全體干部職工不斷解放思想，更新觀念，以安全管理為主線，全廠上下精誠團結，在科技創新上狠下工夫，根據城郊煤礦工作的需要，機修廠在充分調查研究、分析論證后，完全有能力制作出高效、機械化程度高的膠帶切割機，從生產大局考慮，滿足礦內生產工作的需求。科研條件先進，設備資料齊全，研究組成員結構合理，并有礦領導與科室支持，完全有條件完成研究的任務。

3.2 經濟效益指標

膠帶切割機的使用提高了膠帶的二次利用率。通過膠帶切割機切割，修復、矯正廢舊的1 000 mm、1 200 mm膠帶后重新使用，從而修舊利廢、降低成本。800 mm、1 000 mm膠帶按平均價260元/m，3人每月預計可修復5 000 m，修復成本約10 000元，每月可節約129萬元，一年節約1 548萬元。

4 推廣應用前景

研究開發的膠帶切割機是將電動機的傳動與切割片連接為一體化的機電設備，廣泛用于對廢舊膠帶的切割、校正等，在煤礦行業中有著廣泛而重要的應用。該研究在煤炭行業內屬于新產品，隨著煤炭價格不斷下滑，對廢舊膠帶再次利用，需求量一定會劇增。根據對煤炭市場的調研，國內煤業集團每年需求量約有200臺，每臺產值為1 500萬元，可節約生產成本30億元。

5 結語

研制的膠帶切割機，采用電動機驅動，膠帶壓緊可靠，能左右兩邊同時切割，切口平直光滑。切割后的膠帶能夠重新入井使用，且邊角料作為防破碎裝置的首選材料能夠再次利用，節約了煤礦生產經營成本，達到修舊利廢的目的。