带式输送机快速换带系统的设计及应用.pdf

为了解决传统手动换带方式存在的换带时间长、效率低等问题，设计了一种带式输送机快速换带系统。利用SolidWorks工具对设计的换带装置进行了建模，并使用ANSYS软件进行了有限元分析，并在煤矿中开展了工业性试验。结果表明，设计的带式输送机快速换带系统的优越性与高效性较强，在一定程度上节省了换带作业时间、降低了工人的劳动强度。关键词：带式输送机；换带系统；三维建模；工业性试验中图分类号：TD528.1文献标识码：A文章编号：1 0 0 3-7 7 3 X(2023)07-0132-020引言现如今，带式输送机已经成为煤矿井下不可缺少的关键运输设备，然而在带式输送机运行过程中，其胶带难免会出现刮痕、磨损甚至断裂的情况 。所以，为了确保下的安全正常生产，要对带式输送机的胶带进行阶段性更换。但是如今井下采用装置系统进行带式输送机胶带更换方式的仍然占少数，大多通过人工进行换带。考虑到井下作业空间的特殊性，经由人工进行换带的作业方式耗费时间较长，耽误井下的运输生产进度，并且工人的作业安全也得不到保障，导致煤矿企业面临巨大的利益损失。因此，对带式输送机快速换带系统的设计就显得十分有必要，这也为井下的安全高效生产提供了有力的设备支持。1带式输送机换带方式存在的问题在运输过程中，带式输送机主要依靠皮带与煤和物料之间的摩擦来完成相应的运输工作，因此输送带是输送物料、实现运输的关键结构 2 。同时，设备工作时，托辊与皮带、输送滚筒与皮带之间存在一定的摩擦，在长期的生产和运输过程中会使皮带输送机磨损、划伤，甚至因钢丝绳腐蚀而导致皮带断裂。以上的种种现象为带式输送机的运行留下了一定的安全隐患，大大降低了胶带原有的使用寿命，所以本着井下安全生产的原则，务必要对带式输送机的胶带按时进行更换。但是，井下可供工人作业的空间是十分有限的，再加上环境的恶劣复杂性，使得输送机的换带过程变得十分困难。现阶段，国内大部分矿井仍然采用人工方式进行换带，将旧的胶带换下后，又需要将新的胶带在输送机上完整铺好，使其与旧接口通过热硫化方式实现对接。考虑到带式输送机的布置长度一般较长，且存在一定的倾斜角度，再加上胶带自身的重量也不轻，因此在对输送机采用人工方式进行换带时，需要7 1 0 个工作日才能完成。在此期间，地下开采工作面必须完全关闭，这大大推迟了企业的生产进度。基于上述问题，本文设计了带式输送机快速换带系统，并将其应用于现场工业。2带式输送机换带系统的设计方案2.1带式输送机换带装置的设计为了解决传统的输送机换带方式存在的弊端，本着机电液一体化的研究理念，设计了带式输送机换带系统，如图1 所示为整体换带过程的主要示意图。换带装置图1带式输送机换带系统根据履带行驶控制系统的设计灵感，研制出了该系统的换带装置，其主要动力来源为液压泵站，换带装置的具体结构由液压油缸、皮带传动结构、导向结构和机架支撑结构组成。同时与电控柜配套，实现换带装置的智能控制，以达到换带的快速化以及自动化效果。带式输送机的换带装置充分结合了履带式设计系统的优点，即运行速度快、稳定，皮带接触面积大，在液压缸的驱动下，换带装置的履带被迫压紧，这样履带在减速器的作用下向前推进，利用皮带与履带之间产生的摩擦，回收输送机的旧皮带。此外，为了使换带流程可以顺利进行，在带式输送机的尾部还安装了卷帘，使整个带式输送机在更换皮带的过程中不需要停机，这也进一步减少了换带耗费的时间，增加了煤矿企业的生产效率。2.2换带系统液压部分的设计截至目前，国内绝大多数煤矿企业的液压泵站都采用的是手动控制或者自动控制的方式，以上均具有皮带收回和更换功能 3 。本研究设计的换带装置液压系统主要由液压泵站、输送管道等结构组成。该系统的主要功能是为皮带更换装置提供动力。它可以实现收稿日期：2 0 2 2-0 5-0 5作者简介：李志刚（1 9 7 3 一），男，山西宁武人，毕业于东北大学采矿工程专业，本科，工程师，现从事矿山机电技术工作。下转第1 3 6 贝）.133李志刚：带式输俞送机快速换带系统的设计及应用2023年第7 期电能到压力能再到机械能的转换。产生的能量足以满足皮带更换装置的需要。液压系统可细分为皮带输送系统和压榨系统。它们来自同一个电源，可以通过相应的组件完成线性动作和旋转动作。液压传动系统的电路又分为皮带绷紧电路和传动电路。其中，传动电路是在履带对胶带进行加压时，通过电机的转动将胶带和履带间互相接触产生的摩擦力转为驱动力。该回路通过电磁阀回路实现了与液压马达进出油口的连接，同时也可以通过调节阀来调整对进油管和液压系统之间的电流控制。而皮带绷紧电路则是通过升降的动作来控制履带装置，进而达到夹带以及松带的效果,并且该回路利用电磁阀来与液压双向锁紧阀连接，从而能够压紧胶带使其在初始位置不发生位移。3带式输送机换带系统的建模分析为进一步证明该换带系统的可行性,本文中使用了SolidWorks模型软件，对带式输送机的换带装置模型进行了建立，如图2 所示为主要的建模流程示意图。此外，又按照实际的设计参数对架体底座和发动机链轮等进行了三维或立体模型的构建，将所有部件的三维模型都建立好之后，再利用SolidWorks软件通过自下而上的方法，将每个部件都完成了组装。但考虑到本文中所包含的装配零部件数量较多，所以通过自下而上的装配方式可以先装配再进行约束。打开零部件建模窗口完成选择草图绘制平面，进行二维草图绘制完成三维特征建模，建模工具拉伸凸合工具拉伸切除工具旋转马合工具旋转切除工具扫描工具放样工具其他工具未完成完成零部件建模完成图2零部件建模流程在建模工作完成后，又采用ANSYS软件对模型进行有限元分析。把已经装配好的三维立体模型导人ANSYS软件中展开进一步的优化分析，具体参数优化数据如表1 所示。从表1 中可以发现，对于换带装置的重要设备，其在进行优化前后的数值大小几乎保持一致，如最大应力、最大位移以及最大应变等。然而换带装置的质量从1 8 9.3 5 kg减少到1 0 3.6 5 kg，可以看出优化的效果还是较明显的。由此可以发现，在关键参数几乎不变的情况下，相应的作用力与作用效果也会发生改变，然而却在很大程度上降低了装置的使用材料，节约了经济成本。同时，经由运动学的仿真模拟分析后，可以发现换带系统在整体运行的过程中，其部件的受力情况、速度、位移以及加速度等都符合预期，验证了该系统在输送机换带工作中的可行性。表1换带装置优化前后结果分析名称最大应力/MPa最大位移/mm最大应变质量/kg优化前137.430.647 056.8713104189.35优化后144.820.667 086.935 410-4103.65材料允许值2164劳带式输送机换带系统的现场应用本文设计带式输送机换带系统的目的就是提高井下输送机胶带的更换效率，保障井下的安全正常生产，因此将所研制的换带系统在山西某矿进行了工业性试验应用。在此之前，该矿从未使用过任何换带系统，人工换带周期为3 个月，每次更换胶带至少要耗费7 个工作日。如图3 所示为现场经过实地考察后的带式输送机换带系统的布置。胶带输送机皮带卷碱室主运输大巷换带系统运输皮带图3带式输送机换带系统的布置在系统布置完成后，对其应用效果进行了分析。在试验前，把整个换带系统以及与之配套的控制装置安放在运输大巷周围，并且采用固定装置对换带系统整个机械结构进行固定。之后将液压油缸通过快速接头连接到一块,将液压油注满油箱，调节系统的压力，以完成系统启动前的准备。在允许启动后，打开电控柜控制履带机构来对带式输送机上的旧胶带进行收卷动作，并在另一侧和新胶带进行硫化连接，使得新胶带可以完整地铺设到输送机上，从而达到带式输送机快速换带的目的。通过现场的成功应用,进一步证实了研制的输送机换带系统在运行过程中的平稳性以及可靠性，大大降低了技术人员的作业强度，降低了换带时间的同时又提高了企业的生产效率。参考文献1王美俊.矿用带式输送机换带系统的设计与应用.机械管理开发,2 0 2 0,3 5(1 0):7 2-7 4.2余奇伟，乔晓帮，韩鹏举.钢丝绳芯胶带输送机胶带快速更换实践（编辑：李俊慧）上接第1 3 3 页1a)(SCylinder in Coal MineResearchon the Stri（编辑：王婧）上接第1 3 1 页）（编辑：李俊慧）136第3 8 卷机械管理开发4结语本文为满足井下的长距离钻进设备定向钻进工作的需要，对矿井坑道钻机的定向制动装置进行了设计。通过公式对其关键参数进行了确定及校核，并采用有限元仿真分析以及现场试验相结合的方式，对所设计的定向制动装置的可靠性进行了验证。其结果表明，定向制动装置在制动过程中可以充分发挥其可靠性，在使用中未出现滑动以及故障。参考文献1姚克.ZDY系列全液压履带钻机的研制及应用研究 J.中国煤炭，2012,38(1):68-71.2邵俊杰.全液压坑道钻机定向装置设计与试验研究.煤炭科学技术,2 0 1 4,4 2(7):7 7-8 0.3石智军，董书宁，姚宁平，等.煤矿井下近水平随钻测量定向钻进技术与装备 J.煤炭科学技术，2 0 1 3,4 1(3)：1-6.Design and Test of Directional Braking Device for Fully Hydraulic Pit DrillingRigsTang Huihui(Jinneng Holding Equipment Manufacturing Group Co.,Ltd.,Jincheng Shanxi 048006,China)Abstract:In order to ensure the normal directional drilling of long-distance downhole driling equipment,a friction disc directional brakingdevice for mining fully hydraulic tunnel drlling rigs was developed based on parameter calculation and structural design.Throughsimulation,the stress field generated by the friction disc during the operation of the directional device was numerically simulated,and thestress distribution and torque of the friction disc were obtained.In order to verify the relative reliability of the designed drilling rigdirectional braking device,another industrial test in the field was carried out.The results show that the designed drilling rig directionalbraking device can produce a good braking effect and guarantee the safety of long-distance drilling construction downhole.Key words:pit drilling rig;directional braking device;simulation;friction pad;braking2李娜，蔺学浩，刘广超.基于创新方法研发煤矿液压支架用高强度调质钢 J.河南冶金，2 0 2 1,2 9（5）：3 6-3 9.3李宁波.店坪煤矿ZE07型液压支架电液控制系统的设计及应用J.山东煤炭科技，2 0 2 1,3 9(9)：1 2 8-1 3 0.4王霄.夏店煤矿3 1 1 9 综放工作面矿压显现规律及支架适应性分析 J.山东煤炭科技，2 0 2 1,3 9（8）：1 2 9-1 3 1;1 3 4.5李李文俊.基于ABAQUS的矿用液压支架顶梁结构性能研究与应用.机械管理开发，2 0 2 1,3 6（7)：6 6-6 7;8 9.6赵波.探究煤矿井下液压支架油缸泄漏故障及维修措施 J.装备维修技术，2 0 1 9（3）：9 3.Ictural Design of Hydraulic Support ColumrChen Haibinhanxi Ningwu Dayun Huasheng ZhuangwangCoal Company Limited,Xinzhou Shanxi 036799,ChilAbstract:In order to obtain the best structural parameters of the hydraulic support column cylinder and improve the accuracy of thesimulation calculation,the study used the simulation calculation module of SolidWorks 3D software to determine the mechanicalcharacteristic states by the finite element method and studied the reasonable values of the hydraulic support column cylinder centre angle and the weld gap of the hydraulic support.Based on the analysis results,the centre angle of the cylinder and the weld seam and theirreasonable values were determined based on the principle of minimum error and maximum performance calculation.The research resultsprovide a basis for the structural design of the hydraulic support.Key words:coal mine;hydraulic support;support column;cylinderJ.中州煤炭,2 0 1 2（1 0)：5 5-5 6.3张亚菲.古书院矿整体更换主斜井胶带输送机胶带技术探讨 J.黑龙江科技信息，2 0 1 2（2 1）：4 2-4 3.Design and Application of a Quick Belt Change System for Belt ConveyorsLi Zhigang(Dayun Huasheng Laoyaogou Coal Industry Co.,Ltd.,Ningwu Shanxi 036700,China)Abstract:A belt conveyor quick belt change system was designed in order to solve the problems of long belt change time and lowefficiency of the traditional manual belt change method.The designed belt changing device was modelled using SolidWorks tools,finiteelement analysis was carried out using ANSYS software,and industrial tests were carried out in a coal mine.The results show that thedesigned belt conveyor and other quick belt change systems are superior and efficient,saving the belt change operation time and reducingthe labour intensity of workers to a certain extent.Key words:belt conveyor;belt change system;3D modelling analysis;industrial trials