带式输送机胶带更换中连续换带装置的应用

郑凌云

摘要：针对煤矿盘区带式输送机长期运行过程中皮带钢丝绳存在的磨损、漏绳等问题，提出皮带及时更换的必要性和紧迫性。基于传统换带工效低、风险大、时间长等弊端，对以液压驱动为驱动源，采用三级履带底盘为传带机构的连续换带装置展开设计，通过仿真得到液压元件、液压缸夹紧回路、马达拉带回路等性能参数取值，最后展开拉力试验及现场工业试验，验证了设计方案的科学性与合理适用性。

关键词：带式输送机；胶带更换；连续换带装置

0   引言

带式输送机作为一种主要的煤矿生产运输设备，在采区平巷、上下山、大巷、井口运输走廊等处应用广泛。固定式胶带机大多配备钢丝绳芯胶带，钢丝绳芯胶带强度高，阻燃效果好，运输能力强，但单位质量大，较难搬运和安装。

带式输送机胶带更换任务繁重，传统的换带方式是通过硫化工艺将新带和旧带融合，通过绞车牵引硫化后放带更换。这种处理方式必然耗费大量人力物力，危险性极大。而履带牵引连续换带装置结构紧凑、操作简便、安全可靠，能有效避免传统换带技术弊端。

1   煤矿概况

某煤矿盘区带式输送机皮带搭接点较多，受大块矸石冲击大，现状带面中间处所覆盖的胶薄剩余量少，横向尼龙绳外露。皮带钢丝绳外露面积在皮带总面积中的占比达2/3以上，大面积修补必然延长干胶耗时。钢丝绳原胶脱落锈蚀，引发戗绳及贯穿等安全事故的可能性较大，为此必须对病害皮带展开更换。

拟使用的新带设计输送量为3500t/h，输送机长度4900m，适应-3～+5°的巷道坡度。设计提升高度为50m，带速为4.5m/s，带宽为1.6m，储带长120m，径向拉伸强度为2000MPa/mm。

2   连续换带装置设计

该矿井盘区强力皮带机更换4900m长的新带，主要通过履带牵引装置将上层旧带牵引出胶带机，使新带换入胶带机。机头段驱动电机至联巷巷道较宽处叠放连接，并于联巷口后方连接胶带机机架和上层旧带。将滚筒绕机头卸载至机尾滚筒后装置吐出旧带，经由卷带装置卷收后通过装载机回运。

2.1   装置构成

带式输送机连续换带装置主要包括底座、新旧带夹紧装置、电控系统、液压系统，如图1所示。其中，新旧带夹紧装置中2条履带底盘均平行设置，并通过夹紧液压缸和横梁连接；履带底盘前部均设置单边牵引力102kN的大转矩马达，马达输出端设置减速器，速度直接传递至大链轮，以保证履带运行过程的稳定。

带式输送机连续换带装置液压系统由马达拉带、液压缸夹紧装置、调角底盘液压缸、防跑带夹紧等4个回路组成。系统开始工作时，调角底盘前后支腿液压缸活塞杆从结构内伸出，防跑带机构及夹带机构均借助液压缸活塞杆的伸缩，达到控制履带底盘上下运动的效果。

此后，上中履带底盘马达进入工作状态，以驱动方式拉起旧胶带。液压变量马达通过控制输入排量控制马达旋转速度。防跑带机构液压缸则在换带启停和突发情况发生时，及时刹停输送机胶带，避免引发严重事故[1]。液压液压缸中液压泵、液压马达、夹紧液压液压缸、刹带液压缸、蓄能器等元件参数取值情况见表1。

2.2   换带流程

换带时旧带接新带同步拉放，即在旧带回收过程中将新带敷设在输送机相应位置。将底盘调节至与斜井巷道坡度协同位置，收回液压夹紧缸活塞，并使中上底盘、中下底盘分别夹紧胶带。

然后驱动马达使上中履带分别逆时针、顺时针旋转，期间通过履带底盘将液压缸夹紧力转化成摩擦力，将摩擦力转化成牵引力，以拉起旧带。下中履带底盘将新带夹紧后置入井下，下履带底盘未安装马达且无动力，但链条可转动，将新带夹紧后，借助底盘下表面摩擦力即可实现转动和牵拉。

在井口更换斜井输送机胶带时，主要借助履带式底盘及防跑带刹车辅助设备将旧带拉起，敷设新带。与传统换带工艺相比，连续换带装置应用过程中，井下全部作业均可在井口进行，换带安全性大大提升，且通过地脚螺栓固定换带装置的步骤也同时可以省去[2]，整个过程得以简化。

换带开始前停止输送机运行，并将井口机架和托辊全部拆除。在井口汉柱前方安装换带装置，并通过普通胶带分别将输送机上下膠带卡死。拆开换带装置后将胶带插入，再组装。切断胶带后，让换带装置后方保留2.0m长度，上下胶带头分别穿过收卷机构以及防跑偏机构。将新带和旧带头放置在加热板上，将两者橡胶部分剥除后使剩余钢丝绳交错排列，覆盖新橡胶材料后通过加热板加热硫化。

将普通胶带夹拆除后启动泵站电机，使防跑带装置夹紧下胶带，放松上胶带。启动履带底盘试拉胶带，试行一定距离。若期间能轻松拉起胶带且过程稳定，则停车试放胶带，结束试车后即开始换带。由拉带底盘拉起旧带的同时，放带底盘释放新带。拉放带速度应由调节液压阀控制一致，以保证换带过程的连续性。待后方卷带机卷收旧带至一定长度后暂停换带，切断旧带并打包调走后，放入新滚轴重新穿带，直至带式输送机旧带更换任务全部完成。

待新带全部铺设完成，将换带装置中的上下胶带夹紧，并合拢硫化上下带头。拆除换带装置，将输送机井口托辊等结构均一一恢复，同时紧固滚筒螺栓、盘闸螺栓。

3   连续换带装置液压系统仿真

3.1   液压缸夹紧回路仿真

在建模并设置好液压缸夹紧系统后，在软件中点击开始模拟，系统内便会显示出模型中油路通向，夹紧液压缸初始行程运行至满行程的过程中，液压缸杆侧压力变动模拟结果见表2。

根据模拟结果可知，夹紧液压缸活塞杆在仿真过程开始后1.5s内全部伸出，杆侧压力为20MPa，接触胶带期间存在被动压力，随后趋于稳定。结合液压缸参数仿真模拟结果可知，夹紧液压缸能提供350kN的夹紧力。

3.2   马达拉带回路仿真

新带质量取20t、30t、40t的情况下，马达压力变动结果见表3。

表3结果显示，马达压力随着负载的增大而增大，并在升高过程中存在短暂波动。分析认为，马达中进入油液前前置碟状弹簧开启，弹簧受到压缩后系统压力随之降低，马达压力也趋于稳定。

再结合对不同泵排量下马达输入流量的变动趋势看出，随着泵排量增大，换带速度加快，初始阶段泵排量升高至峰值后快速下降，随后则保持平稳。主要原因在于油液进入碟状簧腔约耗时1～3s，弹簧得到压缩后再驱动马达进入平稳旋转状态[3]。

4   连续换带现场试验

4.1   拉力试验

固定连续换带装置，并将2条输送带夹紧于上中下履带底盘间。上输送带端与拉力计连接，下输送带端则通过钢丝绳连接拉力绞车。拉带系统拉力值通过拉力计测试，并通过绞车模拟换带过程中胶带自重。

拉力试验期间，应加强下输送带是否打滑的观察。马达系统压力、夹带液压缸压力等参数值，均从液压泵站压力表直接读取。在按照图1要求设置好试验系统后，启动绞车和换带装置，展开拉力试验。

试验结果汇总情况见表4。由表4可知，履带系统能产生460kN的最大牵引力，而夹紧力基本维持在350kN，即上中履带夹紧旧带以及中下履带夹紧新带的作用力均为350kN。

拉力试验过程中的上中履带底盘前置液压马达，具备弹簧抱死动力性能，在旧带夹紧过程中履带链不会因承受胶带质量而倒转，故旧带始终承受正反向摩擦力。下履带底盘无液压马达设计，主要起到辅助中履带底盘夹紧新带的效果，故新带仅承受中履带底盘面摩擦力。

拉力试验开始后，下胶带在绞车的拉动下以5.0m/min的速度向左移动，中下履带间无下输送带打滑现象，意味着绞车在履带间拉动胶带的操作不可能出现，连续换带装置设计合理，连续同步换带工效高。

4.2   工业试验

在该煤矿盘区现场展开履带牵引连续换带装置试验，更换其主斜井带式输送机旧带。就试验环境参数而言，旧带长3000m，新带长1500m，新带厚25mm，巷道坡度均值为8°，胶带质量为80～100kg/m。

根据试验过程中所取得的液压马达压力结果可知，上马达压力在12～14MPa之间，下马达压力为19MPa，上中及中下夹紧压力均为10MPa，下防跑带压力为20.8MPa。参数取值完全符合《煤矿安全生产规程》相关要求，可为带式输送机旧带连续更换提供充分保证。

5   结束语

综上所述，基于液压仿真系统所设计出的连续卷收舊带、铺设新带的换带装置，对于不同运输形式及运输功能的履带牵引系统均较为适用，该装置液压系统能实现带重20～40t间的压力变化，并能自动调节泵排量和换带速度之间的关系。

拉力试验结果表明，连续换带装置能产生460kN的牵引力和350kN的夹紧力，与当前煤矿盘区带式输送机性能吻合度高。

现场测试结果显示，履带牵引连续换带装置在进行摩阻力30t胶带更换时速度可达5.76m/min，换带总耗时51h，与传统换带过程相比，工效提升显著。

参考文献

[1] 逯文强.履带牵引连续换带技术的研究与应用[J].煤炭与化工，2021，44（5）：64-66.

[2] 张伟柱.履带牵引换带装置在王庄煤矿主斜井胶带更换中的应用[J].煤，2020，29（10）：32-33+85.

[3] 舒汉国.履带牵引连续换带装置更换胶带的研究[J].价值工程，2019，38（4）：137-139.