鄭凌云

摘要：針對(duì)煤礦盤區(qū)帶式輸送機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行過程中皮帶鋼絲繩存在的磨損、漏繩等問題，提出皮帶及時(shí)更換的必要性和緊迫性?；趥鹘y(tǒng)換帶工效低、風(fēng)險(xiǎn)大、時(shí)間長(zhǎng)等弊端，對(duì)以液壓驅(qū)動(dòng)為驅(qū)動(dòng)源，采用三級(jí)履帶底盤為傳帶機(jī)構(gòu)的連續(xù)換帶裝置展開設(shè)計(jì)，通過仿真得到液壓元件、液壓缸夾緊回路、馬達(dá)拉帶回路等性能參數(shù)取值，最后展開拉力試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性與合理適用性。

關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī)；膠帶更換；連續(xù)換帶裝置

0? ?引言

帶式輸送機(jī)作為一種主要的煤礦生產(chǎn)運(yùn)輸設(shè)備，在采區(qū)平巷、上下山、大巷、井口運(yùn)輸走廊等處應(yīng)用廣泛。固定式膠帶機(jī)大多配備鋼絲繩芯膠帶，鋼絲繩芯膠帶強(qiáng)度高，阻燃效果好，運(yùn)輸能力強(qiáng)，但單位質(zhì)量大，較難搬運(yùn)和安裝。

帶式輸送機(jī)膠帶更換任務(wù)繁重，傳統(tǒng)的換帶方式是通過硫化工藝將新帶和舊帶融合，通過絞車牽引硫化后放帶更換。這種處理方式必然耗費(fèi)大量人力物力，危險(xiǎn)性極大。而履帶牽引連續(xù)換帶裝置結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡(jiǎn)便、安全可靠，能有效避免傳統(tǒng)換帶技術(shù)弊端。

1? ?煤礦概況

某煤礦盤區(qū)帶式輸送機(jī)皮帶搭接點(diǎn)較多，受大塊矸石沖擊大，現(xiàn)狀帶面中間處所覆蓋的膠薄剩余量少，橫向尼龍繩外露。皮帶鋼絲繩外露面積在皮帶總面積中的占比達(dá)2/3以上，大面積修補(bǔ)必然延長(zhǎng)干膠耗時(shí)。鋼絲繩原膠脫落銹蝕，引發(fā)戧繩及貫穿等安全事故的可能性較大，為此必須對(duì)病害皮帶展開更換。

擬使用的新帶設(shè)計(jì)輸送量為3500t/h，輸送機(jī)長(zhǎng)度4900m，適應(yīng)-3～+5°的巷道坡度。設(shè)計(jì)提升高度為50m，帶速為4.5m/s，帶寬為1.6m，儲(chǔ)帶長(zhǎng)120m，徑向拉伸強(qiáng)度為2000MPa/mm。

2? ?連續(xù)換帶裝置設(shè)計(jì)

該礦井盤區(qū)強(qiáng)力皮帶機(jī)更換4900m長(zhǎng)的新帶，主要通過履帶牽引裝置將上層舊帶牽引出膠帶機(jī)，使新帶換入膠帶機(jī)。機(jī)頭段驅(qū)動(dòng)電機(jī)至聯(lián)巷巷道較寬處疊放連接，并于聯(lián)巷口后方連接膠帶機(jī)機(jī)架和上層舊帶。將滾筒繞機(jī)頭卸載至機(jī)尾滾筒后裝置吐出舊帶，經(jīng)由卷帶裝置卷收后通過裝載機(jī)回運(yùn)。

2.1? ?裝置構(gòu)成

帶式輸送機(jī)連續(xù)換帶裝置主要包括底座、新舊帶夾緊裝置、電控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)，如圖1所示。其中，新舊帶夾緊裝置中2條履帶底盤均平行設(shè)置，并通過夾緊液壓缸和橫梁連接；履帶底盤前部均設(shè)置單邊牽引力102kN的大轉(zhuǎn)矩馬達(dá)，馬達(dá)輸出端設(shè)置減速器，速度直接傳遞至大鏈輪，以保證履帶運(yùn)行過程的穩(wěn)定。

帶式輸送機(jī)連續(xù)換帶裝置液壓系統(tǒng)由馬達(dá)拉帶、液壓缸夾緊裝置、調(diào)角底盤液壓缸、防跑帶夾緊等4個(gè)回路組成。系統(tǒng)開始工作時(shí)，調(diào)角底盤前后支腿液壓缸活塞桿從結(jié)構(gòu)內(nèi)伸出，防跑帶機(jī)構(gòu)及夾帶機(jī)構(gòu)均借助液壓缸活塞桿的伸縮，達(dá)到控制履帶底盤上下運(yùn)動(dòng)的效果。

此后，上中履帶底盤馬達(dá)進(jìn)入工作狀態(tài)，以驅(qū)動(dòng)方式拉起舊膠帶。液壓變量馬達(dá)通過控制輸入排量控制馬達(dá)旋轉(zhuǎn)速度。防跑帶機(jī)構(gòu)液壓缸則在換帶啟停和突發(fā)情況發(fā)生時(shí)，及時(shí)剎停輸送機(jī)膠帶，避免引發(fā)嚴(yán)重事故[1]。液壓液壓缸中液壓泵、液壓馬達(dá)、夾緊液壓液壓缸、剎帶液壓缸、蓄能器等元件參數(shù)取值情況見表1。

2.2? ?換帶流程

換帶時(shí)舊帶接新帶同步拉放，即在舊帶回收過程中將新帶敷設(shè)在輸送機(jī)相應(yīng)位置。將底盤調(diào)節(jié)至與斜井巷道坡度協(xié)同位置，收回液壓夾緊缸活塞，并使中上底盤、中下底盤分別夾緊膠帶。

然后驅(qū)動(dòng)馬達(dá)使上中履帶分別逆時(shí)針、順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，期間通過履帶底盤將液壓缸夾緊力轉(zhuǎn)化成摩擦力，將摩擦力轉(zhuǎn)化成牽引力，以拉起舊帶。下中履帶底盤將新帶夾緊后置入井下，下履帶底盤未安裝馬達(dá)且無(wú)動(dòng)力，但鏈條可轉(zhuǎn)動(dòng)，將新帶夾緊后，借助底盤下表面摩擦力即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)和牽拉。

在井口更換斜井輸送機(jī)膠帶時(shí)，主要借助履帶式底盤及防跑帶剎車輔助設(shè)備將舊帶拉起，敷設(shè)新帶。與傳統(tǒng)換帶工藝相比，連續(xù)換帶裝置應(yīng)用過程中，井下全部作業(yè)均可在井口進(jìn)行，換帶安全性大大提升，且通過地腳螺栓固定換帶裝置的步驟也同時(shí)可以省去[2]，整個(gè)過程得以簡(jiǎn)化。

換帶開始前停止輸送機(jī)運(yùn)行，并將井口機(jī)架和托輥全部拆除。在井口漢柱前方安裝換帶裝置，并通過普通膠帶分別將輸送機(jī)上下膠帶卡死。拆開換帶裝置后將膠帶插入，再組裝。切斷膠帶后，讓換帶裝置后方保留2.0m長(zhǎng)度，上下膠帶頭分別穿過收卷機(jī)構(gòu)以及防跑偏機(jī)構(gòu)。將新帶和舊帶頭放置在加熱板上，將兩者橡膠部分剝除后使剩余鋼絲繩交錯(cuò)排列，覆蓋新橡膠材料后通過加熱板加熱硫化。

將普通膠帶夾拆除后啟動(dòng)泵站電機(jī)，使防跑帶裝置夾緊下膠帶，放松上膠帶。啟動(dòng)履帶底盤試?yán)z帶，試行一定距離。若期間能輕松拉起膠帶且過程穩(wěn)定，則停車試放膠帶，結(jié)束試車后即開始換帶。由拉帶底盤拉起舊帶的同時(shí)，放帶底盤釋放新帶。拉放帶速度應(yīng)由調(diào)節(jié)液壓閥控制一致，以保證換帶過程的連續(xù)性。待后方卷帶機(jī)卷收舊帶至一定長(zhǎng)度后暫停換帶，切斷舊帶并打包調(diào)走后，放入新滾軸重新穿帶，直至帶式輸送機(jī)舊帶更換任務(wù)全部完成。

待新帶全部鋪設(shè)完成，將換帶裝置中的上下膠帶夾緊，并合攏硫化上下帶頭。拆除換帶裝置，將輸送機(jī)井口托輥等結(jié)構(gòu)均一一恢復(fù)，同時(shí)緊固滾筒螺栓、盤閘螺栓。

3? ?連續(xù)換帶裝置液壓系統(tǒng)仿真

3.1? ?液壓缸夾緊回路仿真

在建模并設(shè)置好液壓缸夾緊系統(tǒng)后，在軟件中點(diǎn)擊開始模擬，系統(tǒng)內(nèi)便會(huì)顯示出模型中油路通向，夾緊液壓缸初始行程運(yùn)行至滿行程的過程中，液壓缸桿側(cè)壓力變動(dòng)模擬結(jié)果見表2。

根據(jù)模擬結(jié)果可知，夾緊液壓缸活塞桿在仿真過程開始后1.5s內(nèi)全部伸出，桿側(cè)壓力為20MPa，接觸膠帶期間存在被動(dòng)壓力，隨后趨于穩(wěn)定。結(jié)合液壓缸參數(shù)仿真模擬結(jié)果可知，夾緊液壓缸能提供350kN的夾緊力。

3.2? ?馬達(dá)拉帶回路仿真

新帶質(zhì)量取20t、30t、40t的情況下，馬達(dá)壓力變動(dòng)結(jié)果見表3。

表3結(jié)果顯示，馬達(dá)壓力隨著負(fù)載的增大而增大，并在升高過程中存在短暫波動(dòng)。分析認(rèn)為，馬達(dá)中進(jìn)入油液前前置碟狀彈簧開啟，彈簧受到壓縮后系統(tǒng)壓力隨之降低，馬達(dá)壓力也趨于穩(wěn)定。

再結(jié)合對(duì)不同泵排量下馬達(dá)輸入流量的變動(dòng)趨勢(shì)看出，隨著泵排量增大，換帶速度加快，初始階段泵排量升高至峰值后快速下降，隨后則保持平穩(wěn)。主要原因在于油液進(jìn)入碟狀簧腔約耗時(shí)1～3s，彈簧得到壓縮后再驅(qū)動(dòng)馬達(dá)進(jìn)入平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)[3]。

4? ?連續(xù)換帶現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

4.1? ?拉力試驗(yàn)

固定連續(xù)換帶裝置，并將2條輸送帶夾緊于上中下履帶底盤間。上輸送帶端與拉力計(jì)連接，下輸送帶端則通過鋼絲繩連接拉力絞車。拉帶系統(tǒng)拉力值通過拉力計(jì)測(cè)試，并通過絞車模擬換帶過程中膠帶自重。

拉力試驗(yàn)期間，應(yīng)加強(qiáng)下輸送帶是否打滑的觀察。馬達(dá)系統(tǒng)壓力、夾帶液壓缸壓力等參數(shù)值，均從液壓泵站壓力表直接讀取。在按照?qǐng)D1要求設(shè)置好試驗(yàn)系統(tǒng)后，啟動(dòng)絞車和換帶裝置，展開拉力試驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)果匯總情況見表4。由表4可知，履帶系統(tǒng)能產(chǎn)生460kN的最大牽引力，而夾緊力基本維持在350kN，即上中履帶夾緊舊帶以及中下履帶夾緊新帶的作用力均為350kN。

拉力試驗(yàn)過程中的上中履帶底盤前置液壓馬達(dá)，具備彈簧抱死動(dòng)力性能，在舊帶夾緊過程中履帶鏈不會(huì)因承受膠帶質(zhì)量而倒轉(zhuǎn)，故舊帶始終承受正反向摩擦力。下履帶底盤無(wú)液壓馬達(dá)設(shè)計(jì)，主要起到輔助中履帶底盤夾緊新帶的效果，故新帶僅承受中履帶底盤面摩擦力。

拉力試驗(yàn)開始后，下膠帶在絞車的拉動(dòng)下以5.0m/min的速度向左移動(dòng)，中下履帶間無(wú)下輸送帶打滑現(xiàn)象，意味著絞車在履帶間拉動(dòng)膠帶的操作不可能出現(xiàn)，連續(xù)換帶裝置設(shè)計(jì)合理，連續(xù)同步換帶工效高。

4.2? ?工業(yè)試驗(yàn)

在該煤礦盤區(qū)現(xiàn)場(chǎng)展開履帶牽引連續(xù)換帶裝置試驗(yàn)，更換其主斜井帶式輸送機(jī)舊帶。就試驗(yàn)環(huán)境參數(shù)而言，舊帶長(zhǎng)3000m，新帶長(zhǎng)1500m，新帶厚25mm，巷道坡度均值為8°，膠帶質(zhì)量為80～100kg/m。

根據(jù)試驗(yàn)過程中所取得的液壓馬達(dá)壓力結(jié)果可知，上馬達(dá)壓力在12～14MPa之間，下馬達(dá)壓力為19MPa，上中及中下夾緊壓力均為10MPa，下防跑帶壓力為20.8MPa。參數(shù)取值完全符合《煤礦安全生產(chǎn)規(guī)程》相關(guān)要求，可為帶式輸送機(jī)舊帶連續(xù)更換提供充分保證。

5? ?結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，基于液壓仿真系統(tǒng)所設(shè)計(jì)出的連續(xù)卷收舊帶、鋪設(shè)新帶的換帶裝置，對(duì)于不同運(yùn)輸形式及運(yùn)輸功能的履帶牽引系統(tǒng)均較為適用，該裝置液壓系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)帶重20～40t間的壓力變化，并能自動(dòng)調(diào)節(jié)泵排量和換帶速度之間的關(guān)系。

拉力試驗(yàn)結(jié)果表明，連續(xù)換帶裝置能產(chǎn)生460kN的牽引力和350kN的夾緊力，與當(dāng)前煤礦盤區(qū)帶式輸送機(jī)性能吻合度高。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果顯示，履帶牽引連續(xù)換帶裝置在進(jìn)行摩阻力30t膠帶更換時(shí)速度可達(dá)5.76m/min，換帶總耗時(shí)51h，與傳統(tǒng)換帶過程相比，工效提升顯著。

參考文獻(xiàn)

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