鄭凌云

摘要：針對煤礦盤區(qū)帶式輸送機長期運行過程中皮帶鋼絲繩存在的磨損、漏繩等問題，提出皮帶及時更換的必要性和緊迫性?；趥鹘y(tǒng)換帶工效低、風險大、時間長等弊端，對以液壓驅(qū)動為驅(qū)動源，采用三級履帶底盤為傳帶機構(gòu)的連續(xù)換帶裝置展開設計，通過仿真得到液壓元件、液壓缸夾緊回路、馬達拉帶回路等性能參數(shù)取值，最后展開拉力試驗及現(xiàn)場工業(yè)試驗，驗證了設計方案的科學性與合理適用性。

關鍵詞：帶式輸送機；膠帶更換；連續(xù)換帶裝置

0? ?引言

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

帶式輸送機膠帶更換任務繁重，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大量人力物力，危險性極大。而履帶牽引連續(xù)換帶裝置結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡便、安全可靠，能有效避免傳統(tǒng)換帶技術弊端。

1? ?煤礦概況

某煤礦盤區(qū)帶式輸送機皮帶搭接點較多，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2/3以上，大面積修補必然延長干膠耗時。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，為此必須對病害皮帶展開更換。

擬使用的新帶設計輸送量為3500t/h，輸送機長度4900m，適應-3～+5°的巷道坡度。設計提升高度為50m，帶速為4.5m/s，帶寬為1.6m，儲帶長120m，徑向拉伸強度為2000MPa/mm。

2? ?連續(xù)換帶裝置設計

該礦井盤區(qū)強力皮帶機更換4900m長的新帶，主要通過履帶牽引裝置將上層舊帶牽引出膠帶機，使新帶換入膠帶機。機頭段驅(qū)動電機至聯(lián)巷巷道較寬處疊放連接，并于聯(lián)巷口后方連接膠帶機機架和上層舊帶。將滾筒繞機頭卸載至機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回運。

2.1? ?裝置構(gòu)成

帶式輸送機連續(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置，并通過夾緊液壓缸和橫梁連接；履帶底盤前部均設置單邊牽引力102kN的大轉(zhuǎn)矩馬達，馬達輸出端設置減速器，速度直接傳遞至大鏈輪，以保證履帶運行過程的穩(wěn)定。

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

此后，上中履帶底盤馬達進入工作狀態(tài)，以驅(qū)動方式拉起舊膠帶。液壓變量馬達通過控制輸入排量控制馬達旋轉(zhuǎn)速度。防跑帶機構(gòu)液壓缸則在換帶啟停和突發(fā)情況發(fā)生時，及時剎停輸送機膠帶，避免引發(fā)嚴重事故[1]。液壓液壓缸中液壓泵、液壓馬達、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

換帶時舊帶接新帶同步拉放，即在舊帶回收過程中將新帶敷設在輸送機相應位置。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)動馬達使上中履帶分別逆時針、順時針旋轉(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且無動力，但鏈條可轉(zhuǎn)動，將新帶夾緊后，借助底盤下表面摩擦力即可實現(xiàn)轉(zhuǎn)動和牽拉。

在井口更換斜井輸送機膠帶時，主要借助履帶式底盤及防跑帶剎車輔助設備將舊帶拉起，敷設新帶。與傳統(tǒng)換帶工藝相比，連續(xù)換帶裝置應用過程中，井下全部作業(yè)均可在井口進行，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可以省去[2]，整個過程得以簡化。

換帶開始前停止輸送機運行，并將井口機架和托輥全部拆除。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長度，上下膠帶頭分別穿過收卷機構(gòu)以及防跑偏機構(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泵站電機，使防跑帶裝置夾緊下膠帶，放松上膠帶。啟動履帶底盤試拉膠帶，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，放帶底盤釋放新帶。拉放帶速度應由調(diào)節(jié)液壓閥控制一致，以保證換帶過程的連續(xù)性。待后方卷帶機卷收舊帶至一定長度后暫停換帶，切斷舊帶并打包調(diào)走后，放入新滾軸重新穿帶，直至帶式輸送機舊帶更換任務全部完成。

待新帶全部鋪設完成，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，將輸送機井口托輥等結(jié)構(gòu)均一一恢復，同時緊固滾筒螺栓、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

在建模并設置好液壓缸夾緊系統(tǒng)后，在軟件中點擊開始模擬，系統(tǒng)內(nèi)便會顯示出模型中油路通向，夾緊液壓缸初始行程運行至滿行程的過程中，液壓缸桿側(cè)壓力變動模擬結(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? ?馬達拉帶回路仿真

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

表3結(jié)果顯示，馬達壓力隨著負載的增大而增大，并在升高過程中存在短暫波動。分析認為，馬達中進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，馬達壓力也趨于穩(wěn)定。

再結(jié)合對不同泵排量下馬達輸入流量的變動趨勢看出，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入碟狀簧腔約耗時1～3s，彈簧得到壓縮后再驅(qū)動馬達進入平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)[3]。

4? ?連續(xù)換帶現(xiàn)場試驗

4.1? ?拉力試驗

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)拉力值通過拉力計測試，并通過絞車模擬換帶過程中膠帶自重。

拉力試驗期間，應加強下輸送帶是否打滑的觀察。馬達系統(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。在按照圖1要求設置好試驗系統(tǒng)后，啟動絞車和換帶裝置，展開拉力試驗。

試驗結(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。

拉力試驗過程中的上中履帶底盤前置液壓馬達，具備彈簧抱死動力性能，在舊帶夾緊過程中履帶鏈不會因承受膠帶質(zhì)量而倒轉(zhuǎn)，故舊帶始終承受正反向摩擦力。下履帶底盤無液壓馬達設計，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。

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

4.2? ?工業(yè)試驗

在該煤礦盤區(qū)現(xiàn)場展開履帶牽引連續(xù)換帶裝置試驗，更換其主斜井帶式輸送機舊帶。就試驗環(huán)境參數(shù)而言，舊帶長3000m，新帶長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)試驗過程中所取得的液壓馬達壓力結(jié)果可知，上馬達壓力在12～14MPa之間，下馬達壓力為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》相關要求，可為帶式輸送機舊帶連續(xù)更換提供充分保證。

5? ?結(jié)束語

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

拉力試驗結(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，與當前煤礦盤區(qū)帶式輸送機性能吻合度高。

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

參考文獻

[1] 逯文強.履帶牽引連續(xù)換帶技術的研究與應用[J].煤炭與化工，2021，44（5）：64-66.

[2] 張偉柱.履帶牽引換帶裝置在王莊煤礦主斜井膠帶更換中的應用[J].煤，2020，29（10）：32-33+85.

[3] 舒漢國.履帶牽引連續(xù)換帶裝置更換膠帶的研究[J].價值工程，2019，38（4）：137-139.