帶式輸送機快速換切裝置的設計

任東方

（山西平舒煤業有限公司，山西 壽陽 045400）

0 引言

帶式輸送機基于其結構設計簡單、運輸量大、設備維護工作方便快捷，在煤礦煤炭資源運輸領域得到了廣泛應用。皮帶作為帶式輸送機最關鍵的部件之一，在煤礦惡劣工作環境中極易發生撕裂、磨損、斷裂問題，這直接影響到帶式輸送機的輸送效率。按照現有換帶裝置進行舊皮帶更換，不僅更換工藝復雜、人力物力投入較大，而且安全系數低，很難適應井下特殊工作環境。因此急需設計一種新型快速換切裝置，對皮帶更換工藝進行優化設計。

1 換切裝置設計

1.1 總體結構設計方案

帶式輸送機換切裝置的設計要結合井下特殊工作環境的影響，皮帶更換可采用分段的形式來減少作業空間，將原換帶、切帶工藝分段進行，通過“換帶、停機、切帶”三個步驟完成帶式輸送機換帶工序。因此，對換切裝置的設計方案來說最為關鍵的部分在于換帶裝置以及切帶裝置的設計，要考慮到皮帶實際承受煤炭物料載荷的作用，考慮到皮帶的牽引力參數，同時換帶裝置在設計過程中體積也應受到限制，符合井下狹小工作空間實際情況。因此基于上述特點，設計出一種質量較輕、占地面積較小的帶式輸送機換切裝置。

1.2 更換皮帶工藝流程

某礦采用TD75-211 型號帶式輸送機用作井下煤炭資源輸送工作，該輸送機設計長度2100 m，帶寬1.6 m，運輸過程中平均傾角3°，將該帶式輸送機的換帶工藝流程進行結構模型簡化。

在帶式輸送機需進行換帶操作時，主要包括以下幾個步驟：

1）安裝好換切裝置，利用切帶裝置將原舊皮帶從磨損、撕裂等故障部位處從輸送機上切下，同時將切下的舊皮帶通過卷帶裝置卷起做好回收工作。

2）驅動新皮帶向帶式輸送機上運行，并將新皮帶在帶式輸送機上進行初步固定，準備后續接帶處理。

3）在完成上述新舊皮帶更換作業后，對新皮帶與舊皮帶的接頭處進行硫化工藝處理，使其進行黏結融合，同時將換切裝置拆下并張緊膠帶，完成新舊膠帶的更換作業。最后可對現場進行清理檢查，隨后帶式輸送機便可開機完成日常輸送任務。

2 換切裝置液壓電控系統設計

2.1 液壓系統設計方案

帶式輸送機換切裝置中液壓系統設計的作用應實現以下三個作業方式：一是在將皮帶固定夾緊操作時，液壓回路應依靠夾緊回路防止皮帶溜槽，通過緊急制動緊緊壓死皮帶；二是松開皮帶時，通過移動夾緊液壓回路，收縮液壓油缸活塞桿，將壓緊的皮帶松開；三是在進行拉帶控制的過程中，通過液壓系統中的三位四通換向閥進行控制，控制活塞桿能夠快速收縮。

因此，進行換切裝置液壓系統的設計原理應實現夾緊裝置在液壓系統控制下的夾緊、松開以及移動等操作工序，通過控制液壓油缸活塞桿帶動上下壓板收縮，活塞桿伸出，夾緊皮帶；控制液壓油缸活塞桿卸載，壓板松開，皮帶解除固定狀態，具體液壓系統控制回路設計方案[1]。液壓系統在電控系統的協同配合下，通過電控系統控制各電磁換向閥的通斷，來實現液壓管路中液壓油的流通，從而控制移動夾緊油缸、固定夾緊油缸以及步進拉帶油缸中的活塞桿伸出或收縮動作。通過活塞桿的各動作也就實現了換切裝置對帶式輸送機皮帶的固定或松開作業效果。在各油缸下端設置有三位四通電磁換向閥或二位四通電磁換向閥，同時還配置有壓力顯示表，可以實現對液壓油流量的精確控制。

2.2 電控系統設計

換切裝置設計應結合液壓系統進行電控系統設計，依靠PLC 控制器為核心，選用S7-CPU224XP 型號PLC 控制器對各線路數據信號進行統一處理，實現換切裝置的就地以及遠程控制操作。具體組成包括人工操作界面、電動機、各類傳感器、功能模塊以及控制系統等，可以利用總線技術實現人工或自動控制切換作業，實現對帶式輸送機換切裝置的安全高效控制效果。電控系統設計的主要目標在于對夾緊回路以及壓力參數的監測控制，同時在各裝置選型設計時要考慮到井下特殊防火防爆等工況需要，設計完成的電控系統控制流程如圖1 所示[2]。

圖1 電控系統自動控制運行流程

集合液壓系統設計方案，拉帶油缸活塞桿收縮動作的完成，需要依靠電控系統控制電磁換向閥實現，同時將液壓油沿液壓管路流回油箱。同樣對于移動夾緊油缸以及碟簧油缸的伸縮控制過程與上述控制方式一致，通過電磁換向閥在電控系統的不斷切換動作下，控制液壓油的流通狀態，實現帶式輸送機換切裝置在不同工序下的作業效果。具體控制方式包括在帶式輸送機換切裝置運行過程中，實現：控制固定防跑帶機構夾緊皮帶、控制移動夾緊機構油缸松開、控制拉帶油缸活塞桿伸出至最大行程、移動夾緊油缸夾緊、控制固定防跑帶機構松開皮帶、控制拉帶油缸活塞桿縮回，這六個帶式輸送機換帶工序中換帶流程。在上述工序進行過程中，若出現緊急工況，包括帶式輸送機皮帶斷裂以及換切裝置異常工況等情況下，電控系統還可在任一工序進行過程中快速停機，確保換帶作業的安全。在完成上述電控系統以及液壓系統控制方案設計之后，則完成了帶式輸送機皮帶換切裝置整體設計，為確保該換切裝置實際運行過程中的安全可靠性能，還需進行后續實際工程應用過程中的可行性測試。

3 換切裝置的可行性測試

在完成上述帶式輸送機換切裝置結構設計，以及液壓電控系統的設計方案之后，基本可以實現對帶式輸送機故障皮帶的快速更換功能。但為了保障換切裝置在井下復雜工況下的安全可靠運行效果，確保其符合井下實際換帶作業的需要，還需進行換切裝置的可行性測試。通過對換切裝置在運行過程中的振動頻率進行研究，在該裝置以及帶式輸送機的各關鍵點位進行振動頻率測試工作，對兩者的振動頻率狀況進行分析。

通過對換切裝置以及帶式輸送機各關鍵點位振動頻率數據進行采集，并進行振動頻率的歸納總結，得出以下結論:在換切裝置振動頻率測試過程中發現，換切裝置振動頻率強度集中在20 Hz、55 Hz、223 Hz、522 Hz 等幾個點位，將這些點位的振動頻譜離散峰值與帶式輸送機固有頻率進行對比可以發現，兩者頻率是不一致的，也就是在換切裝置運行過程中，不會引發共振[3]。通過上述可行性測試可以看出，該換切裝置的設計可以滿足井下實際換帶作業的需要，不會影響到帶式輸送機設備的正常運行。

4 結語

傳統換帶裝置在使用過程中投入人力較多、勞動量大，而且容易造成各類安全事故，換帶效率低效果差。通過設計一種快速換切裝置，分析該裝置電控液壓系統設計方案，并進行現場測試應用。通過對換切裝置進行振動頻率測試發現，與原有換帶裝置相比快速換切裝置操作上更為簡潔安全，而且沒有與帶式輸送機設備發生共振，使用過程安全高效，達到了井下惡劣環境中帶式輸送機快速換帶的目的。