礦用膠帶切割機(jī)的研發(fā)與應(yīng)用

謝東辰

（永煤職工培訓(xùn)學(xué)校，河南 永城 476600）

隨著永煤公司城郊煤礦井下膠帶運(yùn)輸距離不斷拉長，使用后的廢舊膠帶不斷增多。為了減少生產(chǎn)成本投入，達(dá)到修舊利廢的目的，本文自行研發(fā)、設(shè)計(jì)、制作一臺(tái)膠帶切割機(jī)，將使用過的廢舊膠帶通過膠帶切割機(jī)切割，對(duì)其二次利用，做到重新入井使用。目前，機(jī)械手搖式膠帶切割機(jī)是市面上銷售的主導(dǎo)產(chǎn)品，在煤礦生產(chǎn)中這種膠帶切割機(jī)得到廣泛使用。機(jī)械手搖式膠帶切割機(jī)受到切割量小、勞動(dòng)強(qiáng)度大，費(fèi)工費(fèi)力等局限性，給膠帶切割帶來諸多不便，將在煤炭行業(yè)中逐漸淘汰[1-3]。

根據(jù)相關(guān)要求及結(jié)合礦井實(shí)際情況，本文積極響應(yīng)上級(jí)要求，因地制宜、多種途徑、講求實(shí)效、重點(diǎn)突破的方針，遵循機(jī)電設(shè)備綜合利用與企業(yè)發(fā)展相結(jié)合，與企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營相結(jié)合，經(jīng)濟(jì)效益與企業(yè)效益相統(tǒng)一的原則，努力提高材料的綜合利用水平，促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展[4]。

1 實(shí)施方案

1.1 工作原理

該膠帶切割機(jī)由電動(dòng)機(jī)、減速箱、自制卷帶滾筒、網(wǎng)絡(luò)輥輸送裝置、機(jī)架、切割平臺(tái)、壓緊裝置、限位裝置、噴霧降塵系統(tǒng)、電控操作臺(tái)等組成（圖1）。

圖1 礦用膠帶切割機(jī)Fig.1 Mining tape cutting machine

機(jī)架上的廢舊膠帶，通過限位滾筒，沿著導(dǎo)軌經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滾筒輸送裝置，伸入壓緊滾筒內(nèi)，電動(dòng)機(jī)傳遞動(dòng)力給網(wǎng)絡(luò)輥，兩側(cè)的壓緊裝置動(dòng)作，依據(jù)摩擦力帶動(dòng)膠帶向前運(yùn)動(dòng)，當(dāng)膠帶運(yùn)動(dòng)至切割平臺(tái)時(shí)，啟動(dòng)切割電機(jī)，噴霧降塵系統(tǒng)打開，固定在平臺(tái)上的合金刀隨即高速運(yùn)轉(zhuǎn)，形成對(duì)膠帶的切割。隨后，繼續(xù)點(diǎn)動(dòng)輸送裝置，當(dāng)切割好的膠帶到達(dá)卷帶滾筒時(shí)，釋放壓緊裝置，停止點(diǎn)動(dòng)輸送，將切割好的膠帶固定在機(jī)架末端的卷帶滾筒上，由卷帶滾筒作為傳動(dòng)動(dòng)力，依次將切割好的膠帶卷鋪成筒。

1.2 傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇

膠帶切割機(jī)不間斷的做連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，需要電動(dòng)機(jī)將力從一個(gè)傳動(dòng)輪傳遞到另一個(gè)上面。因此傳動(dòng)系統(tǒng)要求具有收縮性小、抗變形、速度快、傳動(dòng)力穩(wěn)等特點(diǎn)。一般機(jī)電設(shè)備的軸與軸之間轉(zhuǎn)動(dòng)常使用膠帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪齒條傳動(dòng)等方式，在傳動(dòng)過程中必須能將動(dòng)力傳動(dòng)所具有的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮的淋漓盡致，對(duì)比以上3種傳動(dòng)方式，該礦選擇了不需外購、加工方便、成本低，自身即可加工完成的膠帶（三角帶）傳動(dòng)。

膠帶傳動(dòng)是用來將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過減速機(jī)再次轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件，其具有傳動(dòng)效率高、定位準(zhǔn)確等特點(diǎn)。

1.3 電控原理

在膠帶進(jìn)行切割時(shí)，要求電動(dòng)機(jī)經(jīng)常運(yùn)行在頻繁的啟動(dòng)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)以及變負(fù)荷等多種方式，對(duì)電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置提出了更高的要求。因漏電、電纜老化、環(huán)境潮濕等造成了電動(dòng)機(jī)比過去更容易損壞，尤其是過載、短路、缺相等故障出現(xiàn)頻率增高，傳統(tǒng)的設(shè)備保護(hù)裝置以熱繼電器為主，但熱繼電器靈敏度低、誤差大、穩(wěn)定性差，保護(hù)不可靠。

為了安全起見，順和煤礦設(shè)計(jì)的電控操作設(shè)備，安裝了以漏電斷路器、交流接觸器為主控，緊急停止、電壓表、電流表、信號(hào)指示等裝置，可直接顯示電壓、電流等參數(shù)，靈敏度和可靠性明顯提高、功能多、調(diào)試方便，保護(hù)動(dòng)作后一目了然。既減少了電動(dòng)機(jī)的損壞，又極大地方便了故障的判斷，對(duì)設(shè)備和人身安全起到了保護(hù)作用，如圖2所示。

（1）電機(jī)的控制。按下啟動(dòng)按鈕SB3，接觸器KM1線圈通電吸合并自鎖，KM1主觸點(diǎn)閉合，M1通電起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。如果要停止，只要按下SB4，KM1線圈失電，KM1主觸點(diǎn)斷開，M1斷電停轉(zhuǎn)。若M1過載，F(xiàn)R1動(dòng)斷觸電斷開，若發(fā)生漏電、短路等保護(hù)器動(dòng)作，KM1線圈失電M1停轉(zhuǎn)（M2、M3電動(dòng)機(jī)起動(dòng)與M1原理一致）。

（2）輸送電動(dòng)機(jī)M4的控制。輸送電動(dòng)機(jī)主要是膠帶在沒有卷鋪在卷帶滾筒時(shí)，控制膠帶進(jìn)退。

用點(diǎn)動(dòng)正反轉(zhuǎn)控制可以定位更準(zhǔn)確。KM4、KM5連鎖，當(dāng)按下SB8時(shí)，KM4線圈得電吸合，M4啟動(dòng)正轉(zhuǎn)，膠帶前進(jìn)。當(dāng)?shù)竭_(dá)所需位置時(shí)，松開SB8，KM4線圈斷電，M4停轉(zhuǎn)，膠帶停止前進(jìn)。隨后將切割好的膠帶卷在滾筒上，按下SB9，接觸器KM5線圈得電吸合，M4起動(dòng)反轉(zhuǎn)，膠帶后退，此時(shí)膠帶處于繃緊狀態(tài)，松開SB9，KM4線圈斷電，M4停轉(zhuǎn)。

圖2 電控原理Fig.2 Principle of electronic control

（3）信號(hào)指示燈。HL1、 HL2、 HL3、 HL4、 HL5、 HL6為信號(hào)指示燈，其工作電壓為36 V，由變壓器TC供給，分別由接觸器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5的動(dòng)合觸點(diǎn)控制，表明電路的工作情況。HL1亮，表示切割電動(dòng)機(jī)M1處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，工作臺(tái)切割刀正常運(yùn)行。不亮，表示M1停轉(zhuǎn)。HL2亮，表示卷帶電動(dòng)機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。不亮，表示M2停轉(zhuǎn)。HL3亮，表示噴霧系統(tǒng)打開。不亮，表示水泵故障。HL4亮，表示輸送電機(jī)正轉(zhuǎn)。不亮，表示M4停轉(zhuǎn)。HL5亮，表示輸送電機(jī)反轉(zhuǎn)。不亮，表示M4停轉(zhuǎn)。HL6亮，表示控制電路的電源正常。不亮，表示電源有故障。

2 技術(shù)關(guān)鍵及技術(shù)路線

2.1 技術(shù)關(guān)鍵

（1）卷帶滾筒的制作。卷帶滾筒作為膠帶切割機(jī)的牽引機(jī)構(gòu)，起著動(dòng)力與卷帶的雙重作用。在制作卷帶滾筒時(shí)，經(jīng)過反復(fù)改造，多次載荷運(yùn)轉(zhuǎn)，最終確定如下方案。卷帶滾筒的制作如圖3所示。

卷帶滾筒總長1 750 mm，主要有φ13.3 mm鋼管，4副22kg軌道面，自制加工法蘭3塊，其中鋼管上用法蘭2塊，內(nèi)徑130 mm，外徑220 mm，并分別在法蘭上對(duì)稱車4組寬10 mm、深30 mm的長方形槽。傳動(dòng)法蘭1塊，內(nèi)徑130 mm，外徑240 mm。在φ13.3 mm鋼管一端焊接傳動(dòng)法蘭，作為減速機(jī)連接傳遞動(dòng)力所用。以動(dòng)力法蘭為起點(diǎn)向鋼管中心40 mm距離處焊接固定法蘭，另外一個(gè)法蘭經(jīng)φ13.3 mm鋼管另一端套裝在鋼管上，此法蘭不經(jīng)焊接，可以左右活動(dòng)，在卸載膠帶時(shí)手動(dòng)取下。將網(wǎng)絡(luò)滾筒輸送裝置輸送過來的膠帶，依附在φ13.3 mm鋼管上，取出一副軌道面，扣壓在固定法蘭和活動(dòng)法蘭的長方形槽里，壓緊膠帶，并依此將另外3副軌道面扣壓在法蘭槽里。最后用30 mm扁鐵將4副軌道面兩端包扎，用螺栓逐漸壓緊。隨著卷帶滾筒的旋轉(zhuǎn)，切割好的膠帶以343 mm/s的速度不斷將膠帶卷鋪成筒。

圖3 卷帶滾筒的制作Fig.3 production of the take-up drum

（2）選擇切割速度。經(jīng)過多次試驗(yàn)，最終電動(dòng)機(jī)選用11 kW，轉(zhuǎn)速V=970 r/min，電機(jī)與齒輪減速機(jī)通過三角帶連接，減比i=40，卷筒導(dǎo)程P=850 mm。該切割機(jī)線速度V線=V/i×P= 343 mm/s。

2.2 技術(shù)路線

技術(shù)路線如圖4所示。

圖4 技術(shù)路線Fig.4 Technical route

3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

3.1 技術(shù)指標(biāo)

膠帶切割機(jī)能對(duì)1 000 mm、1 200 mm兩種膠帶進(jìn)行切割，成品為800 mm、1000 mm膠帶，按平均價(jià)260元/m計(jì)算，3人每月預(yù)計(jì)可修復(fù)5 000 m，成本約2元/m，每月可節(jié)約129萬元，一年可為該礦節(jié)約1 548萬元。城郊煤礦機(jī)修廠始建于2000年，該廠設(shè)有鉚焊、鉗工、電修、五小四個(gè)班組，共有職工100余人，其中高級(jí)技師5人，技師8人，高級(jí)工程師1人，工程師3人，主要負(fù)責(zé)全礦中、小型設(shè)備的檢修和加工工作。其中，鉚焊班主要負(fù)責(zé)加工各種規(guī)格的工字鋼、膠帶過橋、灑水箱、雜物箱、擋車器、車削件、撒水管絲、對(duì)輪等。鉗工班主要負(fù)責(zé)檢修膠帶機(jī)、耙矸機(jī)、減速機(jī)、噴漿機(jī)、鉆機(jī)等設(shè)備，加工簡易膠帶機(jī)、護(hù)欄、膠帶機(jī)小件、防跑偏托輥架等設(shè)備。電修班主要負(fù)責(zé)檢修各種型號(hào)的開關(guān)、電機(jī)、風(fēng)機(jī)、變壓器等設(shè)備。五小班主要維修各種規(guī)格的托輥，膠帶滾筒，膠帶機(jī)附件、道拉桿、電纜、五小電器等設(shè)備。在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下，機(jī)修廠全體干部職工不斷解放思想，更新觀念，以安全管理為主線，全廠上下精誠團(tuán)結(jié)，在科技創(chuàng)新上狠下工夫，根據(jù)城郊煤礦工作的需要，機(jī)修廠在充分調(diào)查研究、分析論證后，完全有能力制作出高效、機(jī)械化程度高的膠帶切割機(jī)，從生產(chǎn)大局考慮，滿足礦內(nèi)生產(chǎn)工作的需求。科研條件先進(jìn)，設(shè)備資料齊全，研究組成員結(jié)構(gòu)合理，并有礦領(lǐng)導(dǎo)與科室支持，完全有條件完成研究的任務(wù)。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)

膠帶切割機(jī)的使用提高了膠帶的二次利用率。通過膠帶切割機(jī)切割，修復(fù)、矯正廢舊的1 000 mm、1 200 mm膠帶后重新使用，從而修舊利廢、降低成本。800 mm、1 000 mm膠帶按平均價(jià)260元/m，3人每月預(yù)計(jì)可修復(fù)5 000 m，修復(fù)成本約10 000元，每月可節(jié)約129萬元，一年節(jié)約1 548萬元。

4 推廣應(yīng)用前景

研究開發(fā)的膠帶切割機(jī)是將電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)與切割片連接為一體化的機(jī)電設(shè)備，廣泛用于對(duì)廢舊膠帶的切割、校正等，在煤礦行業(yè)中有著廣泛而重要的應(yīng)用。該研究在煤炭行業(yè)內(nèi)屬于新產(chǎn)品，隨著煤炭價(jià)格不斷下滑，對(duì)廢舊膠帶再次利用，需求量一定會(huì)劇增。根據(jù)對(duì)煤炭市場(chǎng)的調(diào)研，國內(nèi)煤業(yè)集團(tuán)每年需求量約有200臺(tái)，每臺(tái)產(chǎn)值為1 500萬元，可節(jié)約生產(chǎn)成本30億元。

5 結(jié)語

研制的膠帶切割機(jī)，采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，膠帶壓緊可靠，能左右兩邊同時(shí)切割，切口平直光滑。切割后的膠帶能夠重新入井使用，且邊角料作為防破碎裝置的首選材料能夠再次利用，節(jié)約了煤礦生產(chǎn)經(jīng)營成本，達(dá)到修舊利廢的目的。