矿用输送带自动卷带收放装置设计

魏 强

（山西晋神沙坪煤业有限公司，山西 河曲 036500）

带式输送机的组成包括输送带、托辊、机架、滚筒、驱动电机、张进器和传动设备等。由于井下作业条件恶劣复杂，运输带在运行过程中容易出现负荷不均衡、跑偏、无效摩擦增大、两端受力不均、外力冲击等问题。这些原因会导致输送带在长期运行过程中疲劳、磨损甚至断裂，安装、更换带式输送机及输送带就是经常性工作。输送带通常长度较大，质量重，安装困难，因此，设计一套输送带自动收放装备可以有效提高安装效率，解决这一难题。

1 输送带安装、更换存在的问题

目前矿井在输送带的安装及更换时，首先将输送带放在预定的安装位置，然后采用多台大功率葫芦链轮将整卷新的输送带吊起，利用绞车连接输送带将其拉出来直至皮带输送机的另一侧进行安装。在输送带的起吊和拖放时要严格按照安全技术措施安全施工，并严格按照皮带中线进行施工，误差不能超过5 cm。可见，在输送带的安装过程中需要多人多系统配合，安装时间长，劳动强度大，效率低，且安全管控环节多，难以保证安全。

2 自动卷带收放装备的设计原理

本次研究的输送带自动卷带收放装备，是在充分利用铲运机的基础上，通过铲运机快速更换设备和液压驱动卷带收放设备组合而成的，其装备示意图见图1。首先通过快速更换设备将铲运机和卷带机收放设备进行物理连接，然后利用铲运机的液压系统与液压驱动的快速更换设备相连接，为后者提供动力。通过调整铲运机的铲臂高度，可以直接在地上安装输送带卷筒，无需利用葫芦链轮进行起吊，可以通过调整输送带卷筒高度以适应不同的安装需要，省时省力，便于操作。该装备不但能够快速进行新皮带的安装，还可以对废旧皮带快速回收，并通过铲运机运送至指定位置。当输送带安装结束后，铲运机可迅速拆掉快速更换设备，不影响其进行其他作业。

3 卷带收放装置结构组成

卷带收放设备主要由支撑装置、液压驱动系统和传动系统组成。其中支撑装置采用框架式支撑，由快速更换支架、横杆和支撑支架3 部分组成。液压驱动系统主要由液压马达、液压系统和快速连接管件组成。传动系统主要包括减速机、主动旋转机构和从动旋转机构。收放装置示意图见图2。

图1 自动卷带收放装备示意图

图2 输送带卷带收放装置

3.1 旋转机构设计方案

主动旋转机构的动力由铲运机提供，通过快速连接管件使铲运机油缸接头和液压驱动系统快速连接，为液压马达提供动力。液压马达通过减速机调速后连接主动旋转机构，并通过横杆连接从动旋转机构，完成传动。通过调整液压方向可以驱动液压马达正转或者倒转，从而实现输送带卷筒正、反方向的旋转，共同完成皮带自动收放。

3.2 液压系统输出参数计算

卷带收放装置的液压油为铲运机液压系统中注入推板油缸的液压油路。液压系统通过调整优先阀转向系统的卸荷回路，控制卷带机的工作状态，实现卷带机的启停。本系统采用型号为612-2023 的液压马达和型号为EC2250 的减速机。通过各组成设备的工效，可以计算液压系统的各项输出参数，为系统应用提供依据。计算如下：

（1）液压系统最大流量

Q=q1nmax·η1/1000=144.9 L/min

式中

q1-液压泵排量，取值70 mL/r；

η1-效率，取值0.9；

nmax-最高转速，取值2300 r/min。

（2）液压马达转速

n1=1000Q·η2/q2=579.6 r/min

式中

q2-液压马达排量，取值225 mL/r；

η2-液压马达效率，取值0.9。

（3）减速机的输出转速

n2=n1/i=19.8 r/min

式中

i-减速机速比，取值29.2。

（4）减速机的最高扭矩

Nmax=q2·p·η3·i/2π=12458 Nm

式中

p-铲运机系统压力，取值15 MPa；

η3-减速机工效，取值0.8。

（5）减速机输出最大功率

P=n2·Nmax/9550=25.9 kW

4 卷带收放装置快速连接设计

卷带自动收放装备主要是利用铲运机的支架和动力系统进行自动收放，因此，卷带机和铲运机主机的快速连接是自动卷带收放装备研究的重点。

本次设计的框架式快速更换支架，可以将整卷输送带卷筒进行快速安装，卷带收放装置和铲运机铲运臂上的支座之间利用快速更换支架进行连接，而前两者液压系统之间的快速连接和快速脱开可以通过对铲运机液压系统快换油缸的控制而实现。在卷带收放装置中，利用主动旋转机构驱动横杆，带动从动旋转机构运转，横杆穿过整卷输送带卷筒，将其装入框架式快速更换支架内，带动输送带运转。铲运机快速更换设备见图3。推板油缸和液压马达的油路通过快速连接管件完成连接或者断开。

5 应用效果分析

设计的输送带收放装置自2018 年12 月在沙坪煤矿应用以来，利用该装置已经安装了8 部皮带，安装皮带总长度12 000 m 左右，安装过程使用人员数量减少，且降低了工人劳动强度，同时大大提高了安装过程中的安全性，取得较好的经济与安全效益。

（1） 经济效益

原皮带机输送带安装时，每班需要8 人相互配合安装，且每班仅能安装输送带400 m 左右。装置使用后，输送带安装时，每班仅需要4 人配合操作，每班能够安装皮带800 m 左右，工人劳动效率提高1 倍。以前人工铺设输送带容易对输送带造成损伤，影响输送带使用寿命，该装置的使用大大降低了对输送带的损伤程度。该装置为沙坪煤矿自主设计装置，在节省人力物力的同时，提高了矿井的经济效益。

（2） 安全效益

该装置降低了工人的劳动强度，提高了输送机安装过程的安全性，且输送带在转运过程中成卷转运，降低了运输风险。

6 结论

研制的输送带自动卷带收放装备应用结果表明：该装备的使用可以减少安装设备和人员，做到系统管控，使输送带的安装和回收更加便捷，同时大大提高了安装过程中的安全性，具有较好的经济效益和安全效益。

图3 快速更换装置