胶带机用机械式阀门自动控制装置

杨文强

(国能神东煤炭集团有限责任公司石圪台煤矿，陕西 榆林 719315)

0 引言

煤矿主运输系统多使用带式输送机，即胶带机，在运输煤炭或矸石的过程中，胶带机巷道内会产生大量的煤尘等悬浮物，为了减少煤尘，降低因此引起的火灾等事故，通常采用在胶带机巷道沿线安装自动喷雾洒水装置。

在胶带机巷道内，一般在胶带机机头、机尾、转载点，或每隔500 m处安设一道喷雾装置，起到巷道的降尘、减尘作用。

这样的喷雾装置应当在胶带机开启时自动开启，在胶带机停止运行时自动关闭，避免不受控制的长期淋水对设备和环境造成影响。

1 在用自动控制装置

1.1 在用自动控制装置现状

目前应用较为广泛的自动喷雾阀门多为电磁阀门形式，采用127 V本安电源供电，配套使用真空馈电开关、照明信号综合保护装置，以实现从低压660 V电源向127 V照明信号电源的转换。而检测胶带机开启运行信号的方式一般有2种。

一种是通过电磁感应开停传感器，感应胶带机动力电缆的带电情况，当动力电缆通电后，电磁线圈会感应到电流，从而给电动球阀的控制箱发出启动信号，使电动球阀转动，实现喷雾阀门的自动开启功能；当胶带机停机时，胶带机动力电缆不再有电流经过，电磁线圈不再会感应到电流，电动球阀转动，实现喷雾阀门的自动关闭功能。

另一种，则是通过胶带机的控制装置或胶带机的启动装置，采用本安24 V以下电压的信号电源控制，当胶带机开机运转时，控制回路会同时向自动喷雾的电动球阀的控制箱发出起车信号，电动球阀转动，实现喷雾自动开启；当胶带机停机时，控制回路会同时向自动喷雾的电动球阀的控制箱发出已停车信号，电动球阀转动，实现喷雾的自动关闭功能。工作原理如图1所示。

图1 电动球阀式自动喷雾工作原理Fig.1 Working principle of electric ball valve automatic sprayer

1.2 存在的弊端

结合现场的长期使用情况，经总结后发现，该控制方式虽然比较灵敏、较为可靠，但是过多使用电气设备，无疑增加了胶带机控制系统的不稳定性。而且，需要安装的防爆电气设备较多，包括：供配电使用的馈电开关、照明信号综合保护装置、电动球阀、控制箱、电磁线圈或者与胶带机的控制回路实现信号连接的装置、电缆、辅助设施等。

在胶带机的沿线使用时，还需要更多的连接电缆，增大了设备维护量，若电气设备出现“失爆”情况，将会对安全生产造成影响。

除此之外，还要考虑电动球阀的动力电源供应，信号电源的电压随供电距离增加而降低，因为喷雾装置的信号干扰胶带机控制信号的准确性等情况。

因此，采取机械式的自动控制阀门不失为一种减少电气设备使用，提高阀门自动控制，稳定胶带机控制系统的正确选择。

2 胶带机用机械式阀门自动控制装置

设计制造一种可以利用胶带机启动至运转时带面向前运行的推力，实现阀门自动开启的装置。加装带有自复位功能的机构，当胶带机停止运行时，装置不再受到胶带机向前运行的推力，利用复位机构自行复位，实现阀门的自动关闭。以此即可实现阀门开启和关闭2种状态自动切换的功能。

2.1 设计原理

本发明通过一种机械式的自动喷雾装置来控制自动喷雾，当胶带机运行时，自动喷雾控制装置的阀门打开，当胶带机停止运行时，自动喷雾控制装置的阀门关闭，实现胶带机巷道自动喷雾的功能，并且减少装置维护量，提高维护的简便性、快捷性。

利用一种依靠自身重量或外加配重装置提供重力，可以紧贴在胶带机带面的侧边运转的滚轴，在滚轴的一端连接阀门手柄，手柄的端点即为滚轴摆动的中心点。

加装一套可以提供外力，这个力小于滚轴受带面推力，并可以带动滚轴摆回另一侧的机构，当胶带机停止运行，滚轴不再受带面推力作用时，可以受机构外力作用，摆动回原点，实现阀门的关闭功能。

阀门开启与关闭状态两者间的夹角为90°，2种状态对称安装在胶带机带面的垂线上。

使用滚轴，是为了让其能紧贴胶带机带面的侧边，并始终随着带面的运动而转动，自身不会损坏，也不会磨损带面，受力也较均匀。

之所以使用配重装置，而不使用弹簧等其他装置，是因为矿井胶带机巷道内的环境湿度高、煤尘大，弹簧容易受到氧化腐蚀，影响灵敏度和弹力的稳定。使用配重装置另外一个特点是调节受力较为灵活，可根据现场实际，调整配重质量，就可以改变施加外力的大小，适应性非常强。

2.2 结构组成

该装置由套头、绳轮、钢丝绳、轴承、绳轮架、滚轴、限位块1、配重块、套筒、限位块2、管路、管路阀门、阀门手柄、支架、底座等组成，如图2所示。

图2 装置结构Fig.2 Device structure diagram

底座安装在胶带机的纵梁上或者根据实际安装固定在其他位置上，管路阀门安装在支架上，使用套管将滚筒轴的下端与阀门手柄连接，滚筒与滚筒轴之间安装有轴承，滚筒紧贴胶带机带面的侧边，滚筒轴的上端安装有套头，套头上安装钢丝绳的一端，钢丝绳围绕绳轮运动，绳轮安装在绳轮架上，钢丝绳的另一端连接有配重块，管路的阀门开启和关闭位置各安装有1个限位块。

管路阀门、管路均采用U形卡子结构安装在支架上，可以实现滚筒带动管路阀门的摆动，当胶带机的带面侧边出现偏离胶带机中心线的情况时，滚筒仍能与胶带机带面保持紧密接触。

当胶带机的带面向前方运动时，带动滚筒受力向前摆动，由于滚筒轴通过套筒与管路阀门的手柄连接，形成了一个以阀门中心点为转动中心的机构进行摆动，从而使阀门开启，实现自动喷雾的功能。当滚筒摆动到限位块2时，停止摆动，并保持状态，如图3所示。

图3 胶带机运行管路阀门开启状态示意Fig.3 Opening state of running pipeline valve of belt conveyor

当胶带机停止运行时，滚筒不再受到带面向前方运动时的力，滚筒不再带动阀门摆动，此时滚筒会受到配重块牵引的钢丝绳运动，带动滚筒向回摆动，使管路阀门回到关闭状态，实现自动喷雾关闭的功能。当滚筒摆动到限位块1时，停止摆动，保持阀门关闭状态，如图4所示。

图4 胶带机停止运行管路阀门关闭状态示意Fig.4 Closed state of the pipeline valve when the belt conveyor stops running

底座可以根据需要安装在皮带架纵梁等结构件上，也可以安装固定在地面上，从而实现从上皮带控制阀门开启或从下皮带控制阀门开启的功能转变。

3 创新点及优势

3.1 创新点

该装置可以实现机械式控制胶带机巷道的自动喷雾功能。

所有的构件安装简便，套头、绳轮、钢丝绳、滚筒、套筒、管路、管路阀门、阀门手柄等重要部件损坏后，只针对损坏件更换即可，容易维修。

无需电气设备，成本低廉，经济实用，不需要电控系统，不需要胶带机的控制保护装置提供联动，简化控制保护系统，使胶带机的控制保护更加可靠。

3.2 优势

原理简单，安装简便，可调节性强，根据现场实际情况的可塑性强，无弹簧等构件，能较好地适应井下潮湿多尘的环境，不易损坏。

可靠性高，易于加工，结构简单，操作简便，现场应用前景广阔，有显著经济效益。

4 结语

目前基于该装置设计思路、原理、结构的原型机已在国能神东煤炭集团石圪台煤矿的3-1号煤层大巷胶带机试用，经过试运行半年时间的不断试验、改进、完善、调整，已经形成了成熟稳定可靠的成品，其制作工艺简单，易于加工实现，成本低廉，较电控系统有明显的优势，具有广泛的推广应用前景。

胶带机用机械式阀门自动控制装置打破传统思维方式，创新思路，不再局限于相对复杂的电路系统实现对喷雾的自动控制，更加简单可靠，不会对胶带机的控制产生影响，利用胶带机运行期间的外力作用，实现阀门的自动控制。