矿用胶带切割机的研发与应用

2022-09-13谢东辰

能源与环保 2022年8期

谢东辰

（永煤职工培训学校，河南永城 476600）

随着永煤公司城郊煤矿井下胶带运输距离不断拉长，使用后的废旧胶带不断增多。为了减少生产成本投入，达到修旧利废的目的，本文自行研发、设计、制作一台胶带切割机，将使用过的废旧胶带通过胶带切割机切割，对其二次利用，做到重新入井使用。目前，机械手摇式胶带切割机是市面上销售的主导产品，在煤矿生产中这种胶带切割机得到广泛使用。机械手摇式胶带切割机受到切割量小、劳动强度大，费工费力等局限性，给胶带切割带来诸多不便，将在煤炭行业中逐渐淘汰[1-3]。

根据相关要求及结合矿井实际情况，本文积极响应上级要求，因地制宜、多种途径、讲求实效、重点突破的方针，遵循机电设备综合利用与企业发展相结合，与企业生产经营相结合，经济效益与企业效益相统一的原则，努力提高材料的综合利用水平，促进企业经济健康发展[4]。

1 实施方案

1.1 工作原理

该胶带切割机由电动机、减速箱、自制卷带滚筒、网络辊输送装置、机架、切割平台、压紧装置、限位装置、喷雾降尘系统、电控操作台等组成（图1）。

图1 矿用胶带切割机Fig.1 Mining tape cutting machine

机架上的废旧胶带，通过限位滚筒，沿着导轨经网络滚筒输送装置，伸入压紧滚筒内，电动机传递动力给网络辊，两侧的压紧装置动作，依据摩擦力带动胶带向前运动，当胶带运动至切割平台时，启动切割电机，喷雾降尘系统打开，固定在平台上的合金刀随即高速运转，形成对胶带的切割。随后，继续点动输送装置，当切割好的胶带到达卷带滚筒时，释放压紧装置，停止点动输送，将切割好的胶带固定在机架末端的卷带滚筒上，由卷带滚筒作为传动动力，依次将切割好的胶带卷铺成筒。

1.2 传动系统的选择

胶带切割机不间断的做连续旋转运动，需要电动机将力从一个传动轮传递到另一个上面。因此传动系统要求具有收缩性小、抗变形、速度快、传动力稳等特点。一般机电设备的轴与轴之间转动常使用胶带传动、链传动、齿轮齿条传动等方式，在传动过程中必须能将动力传动所具有的优势发挥的淋漓尽致，对比以上3种传动方式，该矿选择了不需外购、加工方便、成本低，自身即可加工完成的胶带（三角带）传动。

胶带传动是用来将电动机的动力通过减速机再次转化为旋转运动的执行元件，其具有传动效率高、定位准确等特点。

1.3 电控原理

在胶带进行切割时，要求电动机经常运行在频繁的启动、制动、正反转以及变负荷等多种方式，对电动机保护装置提出了更高的要求。因漏电、电缆老化、环境潮湿等造成了电动机比过去更容易损坏，尤其是过载、短路、缺相等故障出现频率增高，传统的设备保护装置以热继电器为主，但热继电器灵敏度低、误差大、稳定性差，保护不可靠。

为了安全起见，顺和煤矿设计的电控操作设备，安装了以漏电断路器、交流接触器为主控，紧急停止、电压表、电流表、信号指示等装置，可直接显示电压、电流等参数，灵敏度和可靠性明显提高、功能多、调试方便，保护动作后一目了然。既减少了电动机的损坏，又极大地方便了故障的判断，对设备和人身安全起到了保护作用，如图2所示。

（1）电机的控制。按下启动按钮SB3，接触器KM1线圈通电吸合并自锁，KM1主触点闭合，M1通电起动运转。如果要停止，只要按下SB4，KM1线圈失电，KM1主触点断开，M1断电停转。若M1过载，FR1动断触电断开，若发生漏电、短路等保护器动作，KM1线圈失电M1停转（M2、M3电动机起动与M1原理一致）。

（2）输送电动机M4的控制。输送电动机主要是胶带在没有卷铺在卷带滚筒时，控制胶带进退。

用点动正反转控制可以定位更准确。KM4、KM5连锁，当按下SB8时，KM4线圈得电吸合，M4启动正转，胶带前进。当到达所需位置时，松开SB8，KM4线圈断电，M4停转，胶带停止前进。随后将切割好的胶带卷在滚筒上，按下SB9，接触器KM5线圈得电吸合，M4起动反转，胶带后退，此时胶带处于绷紧状态，松开SB9，KM4线圈断电，M4停转。

图2 电控原理Fig.2 Principle of electronic control

（3）信号指示灯。HL1、 HL2、 HL3、 HL4、 HL5、 HL6为信号指示灯，其工作电压为36 V，由变压器TC供给，分别由接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5的动合触点控制，表明电路的工作情况。HL1亮，表示切割电动机M1处于运转状态，工作台切割刀正常运行。不亮，表示M1停转。HL2亮，表示卷带电动机处于运转状态。不亮，表示M2停转。HL3亮，表示喷雾系统打开。不亮，表示水泵故障。HL4亮，表示输送电机正转。不亮，表示M4停转。HL5亮，表示输送电机反转。不亮，表示M4停转。HL6亮，表示控制电路的电源正常。不亮，表示电源有故障。

2 技术关键及技术路线

2.1 技术关键

（1）卷带滚筒的制作。卷带滚筒作为胶带切割机的牵引机构，起着动力与卷带的双重作用。在制作卷带滚筒时，经过反复改造，多次载荷运转，最终确定如下方案。卷带滚筒的制作如图3所示。

卷带滚筒总长1 750 mm，主要有φ13.3 mm钢管，4副22kg轨道面，自制加工法兰3块，其中钢管上用法兰2块，内径130 mm，外径220 mm，并分别在法兰上对称车4组宽10 mm、深30 mm的长方形槽。传动法兰1块，内径130 mm，外径240 mm。在φ13.3 mm钢管一端焊接传动法兰，作为减速机连接传递动力所用。以动力法兰为起点向钢管中心40 mm距离处焊接固定法兰，另外一个法兰经φ13.3 mm钢管另一端套装在钢管上，此法兰不经焊接，可以左右活动，在卸载胶带时手动取下。将网络滚筒输送装置输送过来的胶带，依附在φ13.3 mm钢管上，取出一副轨道面，扣压在固定法兰和活动法兰的长方形槽里，压紧胶带，并依此将另外3副轨道面扣压在法兰槽里。最后用30 mm扁铁将4副轨道面两端包扎，用螺栓逐渐压紧。随着卷带滚筒的旋转，切割好的胶带以343 mm/s的速度不断将胶带卷铺成筒。

图3 卷带滚筒的制作Fig.3 production of the take-up drum

（2）选择切割速度。经过多次试验，最终电动机选用11 kW，转速V=970 r/min，电机与齿轮减速机通过三角带连接，减比i=40，卷筒导程P=850 mm。该切割机线速度V线=V/i×P= 343 mm/s。

2.2 技术路线

技术路线如图4所示。

图4 技术路线Fig.4 Technical route

3 技术经济指标

3.1 技术指标

胶带切割机能对1 000 mm、1 200 mm两种胶带进行切割，成品为800 mm、1000 mm胶带，按平均价260元/m计算，3人每月预计可修复5 000 m，成本约2元/m，每月可节约129万元，一年可为该矿节约1 548万元。城郊煤矿机修厂始建于2000年，该厂设有铆焊、钳工、电修、五小四个班组，共有职工100余人，其中高级技师5人，技师8人，高级工程师1人，工程师3人，主要负责全矿中、小型设备的检修和加工工作。其中，铆焊班主要负责加工各种规格的工字钢、胶带过桥、洒水箱、杂物箱、挡车器、车削件、撒水管丝、对轮等。钳工班主要负责检修胶带机、耙矸机、减速机、喷浆机、钻机等设备，加工简易胶带机、护栏、胶带机小件、防跑偏托辊架等设备。电修班主要负责检修各种型号的开关、电机、风机、变压器等设备。五小班主要维修各种规格的托辊，胶带滚筒，胶带机附件、道拉杆、电缆、五小电器等设备。在当前经济形势下，机修厂全体干部职工不断解放思想，更新观念，以安全管理为主线，全厂上下精诚团结，在科技创新上狠下工夫，根据城郊煤矿工作的需要，机修厂在充分调查研究、分析论证后，完全有能力制作出高效、机械化程度高的胶带切割机，从生产大局考虑，满足矿内生产工作的需求。科研条件先进，设备资料齐全，研究组成员结构合理，并有矿领导与科室支持，完全有条件完成研究的任务。

3.2 经济效益指标

胶带切割机的使用提高了胶带的二次利用率。通过胶带切割机切割，修复、矫正废旧的1 000 mm、1 200 mm胶带后重新使用，从而修旧利废、降低成本。800 mm、1 000 mm胶带按平均价260元/m，3人每月预计可修复5 000 m，修复成本约10 000元，每月可节约129万元，一年节约1 548万元。

4 推广应用前景

研究开发的胶带切割机是将电动机的传动与切割片连接为一体化的机电设备，广泛用于对废旧胶带的切割、校正等，在煤矿行业中有着广泛而重要的应用。该研究在煤炭行业内属于新产品，随着煤炭价格不断下滑，对废旧胶带再次利用，需求量一定会剧增。根据对煤炭市场的调研，国内煤业集团每年需求量约有200台，每台产值为1 500万元，可节约生产成本30亿元。