在礦山開采與運輸過程中，輸送帶作為連續(xù)運輸?shù)暮诵难b備，隨著使用時間的延長會出現(xiàn)磨損、老化甚至斷裂，產(chǎn)生大量廢舊輸送帶。廢舊輸送帶并非毫無價值，經(jīng)過適當(dāng)裁剪與加工，可制成封車皮子、擋車器、防滑墊等井下輔助材料，實現(xiàn)資源的循環(huán)利用。廢舊輸送帶厚度為6～20 mm、強度高（多層帆布或鋼絲繩芯）、表面附著大量煤泥、矸石等，傳統(tǒng)人工處理方式難以實現(xiàn)高效、規(guī)范化的加工，嚴重制約了廢舊輸送帶資源化利用的效率和規(guī)模。

文章來源：《智能礦山》2026年第3期“革新·改造”欄目

作者簡介：王亞晨，工程師，主要從事煤礦機電設(shè)備維修、精密加工、專用設(shè)備研發(fā)、技術(shù)革新的相關(guān)工作。E-mail：519566109@qq.com

作者單位：兗礦能源集團股份有限公司鮑店煤礦

引用格式：王亞晨.礦用廢舊輸送帶切割機的研制 [J]. 智能礦山，2026，7（3）：58-62.

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傳統(tǒng)人工切割方式的局限性分析

目前，多數(shù)礦山對廢舊輸送帶的處理仍依賴于純?nèi)斯し绞?，該方式在技術(shù)層面存在以下4個方面的缺陷。

（1） 工藝過程繁冗，勞動強度很大

完整的人工切割流程包括：人工清理輸送帶表面煤泥→攤平并固定輸送帶→手工測量與畫線→使用手持切割機或刀具沿畫線切割→分離與整理。此過程需要操作人員全程高強度體力參與，尤其在處理大尺寸、重型輸送帶時，搬運、對位困難，易導(dǎo)致肌肉勞損。

（2）加工效率極低，產(chǎn)能瓶頸突出

經(jīng)實地測算，完成單件（以6 m×1 m規(guī)格為例）廢舊輸送帶的標(biāo)準(zhǔn)化切割，平均耗時約為9.7 min。對于中型礦井年產(chǎn)生的廢舊輸送帶可達數(shù)千條，人工處理方式成為物料循環(huán)利用鏈條中的瓶頸。

（3）安全風(fēng)險居高不下

操作人員需近距離操控高速旋轉(zhuǎn)的角磨機或鋒利的刀具，在疲勞或注意力不集中時，易發(fā)生機械傷害事故。切割產(chǎn)生的橡膠粉塵和異味也對操作者健康構(gòu)成威脅。

（4）加工質(zhì)量依賴人工經(jīng)驗，一致性差

切割精度完全取決于操作者的技能水平，存在人工畫線誤差、切割走偏等問題，導(dǎo)致成品尺寸公差大（常超過±5 mm）、切口斜度不均、邊緣毛刺多，直接影響后續(xù)使用性能和安全性。

當(dāng)前，國內(nèi)外市場上缺乏針對礦山廢舊輸送帶特點設(shè)計的專用自動化切割設(shè)備。通用的板材切割設(shè)備（如火焰切割、等離子切割、激光切割）或因熱影響區(qū)大、不適合非金屬材料，或因設(shè)備成本高昂、環(huán)境適應(yīng)性差，均不適用于井下廢舊輸送帶的批量加工。部分類似“輸送帶裁剪機”的產(chǎn)品，功能單一，自動化程度低，無法集成清理、防偏和精準(zhǔn)定尺等功能。因此，提出自主研制集成化、半自動化、適應(yīng)礦山惡劣環(huán)境的專用廢舊輸送帶切割機的方案。

總體設(shè)計方案與系統(tǒng)構(gòu)成

廢舊輸送帶切割機旨在實現(xiàn)從輸送帶上料、糾偏、清理到縱、橫切割的全流程半自動化作業(yè)?？傮w設(shè)計遵循模塊化、高效化、安全化原則，系統(tǒng)主要由進料與防跑偏模塊、自動清理模塊、橫縱雙向切割模塊3大功能模塊串聯(lián)構(gòu)成，動力系統(tǒng)采用集中電機驅(qū)動，實現(xiàn)參數(shù)設(shè)定、流程控制與狀態(tài)監(jiān)控。

整體工作流程為人工將卷曲或折疊的輸送帶段放入防跑偏裝置架→防跑偏裝置自動校正輸送帶行進軌跡→輸送帶進入清理區(qū)表面被高速鋼刷輥清潔→送入進料平臺→潔凈輸送帶進入縱向切割區(qū)，按預(yù)設(shè)寬度被多組滾刀分割成條→輸送帶條繼續(xù)前行至橫向切割工位，光電開關(guān)器測長，到達設(shè)定長度后橫向雙面刀片快速切割，完成定尺切斷→成品完成，收集轉(zhuǎn)運。

2.1 輸送帶防跑偏裝置

（1）跑偏機理與糾偏策略

輸送帶在自由輸送過程中易產(chǎn)生跑偏，主要原因包括：輸送帶本身撓度不均、張緊力左右不對稱、托輥安裝存在微小傾角等。本裝置采用“雙側(cè)約束，自動對中”的被動糾偏策略。其核心力學(xué)原理是：當(dāng)輸送帶偏向一側(cè)時，該側(cè)防偏托輥與輸送帶邊緣的接觸壓力和摩擦力增大，產(chǎn)生一個指向中心的橫向分力（即糾偏力），促使輸送帶回歸中心位置。

（2）關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計

固定機架采用12#槽鋼、工字鋼焊接而成，長期承重不變形；可調(diào)式防偏托輥組件的每個托輥組件的托輥體外覆耐磨漆層，兼具高摩擦因數(shù)與良好彈性，保護輸送帶邊緣；調(diào)節(jié)滑塊與機架底座工字鋼上的直線配合，滑動摩擦力小，調(diào)節(jié)機構(gòu)導(dǎo)程為1 600 mm，操作者可根據(jù)輸送帶寬度B，快速將兩側(cè)托輥間距調(diào)節(jié)至（B+20） mm，預(yù)留10 mm單邊間隙，避免過緊卡滯，預(yù)緊彈簧，安裝在托輥軸承座與滑塊之間，提供恒定柔性的側(cè)向壓緊力，使糾偏力自適應(yīng)輸送帶跑偏量。

（3）性能參數(shù)

適用輸送帶寬度為400～1 200 mm；糾偏能力最大可糾正初始跑偏量±50 mm；調(diào)節(jié)精度為±1 mm；運行阻力< 5% 輸送帶牽引力，輸送帶防跑偏裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 輸送帶防跑偏裝置結(jié)構(gòu)

2.2 自動清理裝置

（1）清理機理采用旋轉(zhuǎn)刷掃與剛性刮擦相結(jié)合的原理。高速旋轉(zhuǎn)的鋼刷輥對輸送帶表面進行動態(tài)刷洗，刷毛的彎曲變形能存儲并釋放能量，增強對頑固污垢的破碎能力。

（2）核心部件設(shè)計

鋼刷輥的刷毛材料選用150 mm的高碳錳鋼絲，經(jīng)淬火和回火處理，表面鍍鋅防銹，抗拉強度>1 800 MPa，具有優(yōu)良的耐磨性和適度的彈性；排列方式采用刷毛呈螺旋線排列植入輥體，保證清理覆蓋無死角，同時降低轉(zhuǎn)動時的氣流噪聲；由1臺1.1 kW的型號YS9014三相異步電機通過RV75蝸輪蝸桿減速機（速比1∶30）驅(qū)動，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在48 r/min。

（3）清潔效能評估

定義清潔度=（1-清理后殘留污垢面積 / 清理前污垢總面積）×100%。經(jīng)現(xiàn)場抽樣檢測，對于表面煤泥附著厚度≤5 mm的輸送帶，單次通過清理后，≥95%，滿足后續(xù)切割工藝要求，自動清理裝置如圖2所示。

圖2 自動清理裝置

2.3 橫縱雙向切割裝置

（1）縱向多刀同步切割模塊

刀盤材料為Cr12MoV合金工具鋼。刀盤直徑?240 mm，厚度3 mm，刃口設(shè)計為20°雙面角，兼顧鋒利度和強度；刀軸系統(tǒng)的每片刀盤獨立安裝于1根心軸上，由2個圓錐滾子軸承支承，可承受較大的徑向和軸向載荷。刀軸通過聯(lián)軸器與減速箱、電機馬達直連；寬度調(diào)節(jié)與鎖緊機構(gòu)；根據(jù)切割寬度計算各刀架位置，將刀架盤鎖緊螺絲松開后，驅(qū)動刀架底座在圓柱導(dǎo)軌上移動；定位后由夾緊缸推動楔形塊鎖緊刀架，確保切割過程中絕對無位移。

電機驅(qū)動系統(tǒng)縱向切割由1臺1.5 kW的型號YE3系列三相異步電機通過圓柱齒輪減速機（速比1∶4.8，5.7）驅(qū)動所有滾刀軸，控制切割線速度可調(diào)，以適應(yīng)不同厚度和硬度的輸送帶，縱向切割滾刀組布置傳動如圖3所示。

圖3 縱向切割滾刀組布置傳動

（2）橫向定尺切割模塊

在橫向切割點前方料臺上，安裝激光光電開關(guān)，與橫向定尺切割裝置上的限位開關(guān)AZ7141相連接，當(dāng)輸送帶達到所需長度尺寸后，起到“減速點”和“精定位點”的作用，實現(xiàn)行進長度的精確測量，光電開關(guān)與橫向切割位置關(guān)系如圖4所示。

圖4 光電開關(guān)與橫向切割位置關(guān)系

切割執(zhí)行機構(gòu)的刀架設(shè)計為可調(diào)節(jié)角度，以便進行垂直切割或特定角度的坡口切割，用于安裝和固定切割刀片；刀片采用雙刃三角刀片，材料為硬質(zhì)合金。刃口寬度為300 mm，高度為400 mm；電機驅(qū)動由1臺1.1 kW的型號YS9014三相異步電機通過RV75蝸輪蝸桿減速機（速比1∶30）驅(qū)動。切割行程為2 010 mm，實現(xiàn)慢速切斷和快速返回環(huán)節(jié)。系統(tǒng)配置蓄能器，確保在電網(wǎng)波動時刀架切力瞬間爆發(fā)，保證切割斷面質(zhì)量，橫向切割裝置機械結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 橫向切割裝置機械結(jié)構(gòu)

裝置性能優(yōu)勢與技術(shù)經(jīng)濟分析

3.1 綜合加工效率的定量提升

（1）單件工時對比

人工方式：人工時間=9.7 min/張。

本設(shè)備：時間=上料時間（0.3min）+機器自動加工時間（0.75 min）=1.05 min/張。

（2）效率提升率

=（人工時間－設(shè)備加工時間）/人工時間×100%≈89.2%

（3）產(chǎn)能提升

按每日2班、每班凈作業(yè)6 h計算，年工作300天，人工年產(chǎn)能約為2 227件，設(shè)備年產(chǎn)能約為20 571件，年產(chǎn)能提升約9.24倍。

3.2 加工質(zhì)量的多維度保障

（1）幾何精度

寬度精度：縱向切割寬度公差可穩(wěn)定控制在±1.5 mm以內(nèi)（設(shè)定值±60 mm時）。

長度精度：橫向定尺切割長度公差≤±2 mm（設(shè)定值1～10 m）。

切割垂直度：切口斷面與輸送帶表面的垂直度誤差≤3°（即斜度≤3°），通過導(dǎo)向機構(gòu)和剛性刀架保證。

（2）表面與斷面質(zhì)量

清理效果：煤泥殘留≤2處/條，且每處面積<4 cm2。

切口質(zhì)量：斷面平整，無肉眼可見的撕裂、毛刺或灼傷痕跡，滿足井下材料直接使用要求。

（3）過程能力指數(shù)：對關(guān)鍵尺寸（如100 mm寬輸送帶條）進行抽樣測量（=125），計算其過程能力指數(shù)≥1.33，表明生產(chǎn)過程穩(wěn)定，具備生產(chǎn)合格產(chǎn)品的能力。

3.3 安全性的系統(tǒng)化設(shè)計

該設(shè)備通過工程控制和管理控制相結(jié)合，將風(fēng)險降至最低。

（1）安全防護裝置

所有運動部件（鏈條、刀軸）均置于防護罩內(nèi)；切割區(qū)域設(shè)置固定式防護欄和可聯(lián)鎖的安全門，任何物體進入危險區(qū)域即觸發(fā)急停。

（2） 電氣安全

控制系統(tǒng)接地電阻<4 Ω，關(guān)鍵電路采用24 V安全電壓，設(shè)置互鎖邏輯，防止誤操作。

3.4 全生命周期經(jīng)濟性分析

（1）投資成本：設(shè)備研制及制造成本約為5萬元。

（2）運營成本降低

人工成本：每班減員2人，年節(jié)約人力成本約40萬元；能耗成本中設(shè)備總功率約3.7 kW，按實際負載率60%、電價0.68元/（kW·h），年電費約1.09萬元，與人工工具能耗基本持平；刀具耗材成本中滾刀和橫切刀片年損耗費用約0.5萬元。

（3）收益增加

加工量提升帶來的邊際收益：加工能力提升后，可處理更多廢舊輸送帶，制成更多可利用材料，替代部分新材料采購。按每件成品平均價值150元計，因產(chǎn)能提升帶來的年增收約為 275萬元，經(jīng)濟性顯著；質(zhì)量提升減少浪費，合格率從人工約90%提升至98.19%，減少了返工和廢品損失。

應(yīng)用效果與現(xiàn)場驗證

本設(shè)備于兗礦能源集團股份有限公司鮑店煤礦生產(chǎn)服務(wù)中心進行了為期6個月的試運行，并進行了系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與效果評估。

4.1 生產(chǎn)組織模式的優(yōu)化

設(shè)備投用后，廢舊輸送帶加工從分散、間歇的作坊式作業(yè)，轉(zhuǎn)變?yōu)榧?、連續(xù)的流水線式生產(chǎn)。生產(chǎn)服務(wù)中心設(shè)立固定的“輸送帶再生材料”生產(chǎn)班組，制定標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序，生產(chǎn)計劃性和物料管理規(guī)范性得到質(zhì)的提升。

4.2 定量化應(yīng)用效果數(shù)據(jù)

（1） 效率指標(biāo)

實際統(tǒng)計的平均單件加工時間為1.05 min，與設(shè)計值吻合。半年內(nèi)累計加工廢舊輸送帶8 200余件，同比手工操作時期（2 500件）提升228%。

（2）質(zhì)量指標(biāo)

委托礦質(zhì)量檢測相關(guān)部門對連續(xù)生產(chǎn)的500件成品進行全檢，尺寸合格率為99.2%，綜合外觀與性能合格率為98.19%，完全達到并優(yōu)于預(yù)期目標(biāo)。

（3）人員與勞動強度

操作班組人數(shù)由5人優(yōu)化為3人，人員縮減40%。操作者勞動強度從《體力勞動強度分級》（GBZ 2.2）標(biāo)準(zhǔn)的Ⅲ級（重體力勞動）降至Ⅰ級（輕體力勞動）。

（4）設(shè)備可靠性

設(shè)備運行期間平均無故障工作時間超過300 h，平均修復(fù)時間小于2 h，可用性高。

4.3 社會效益

（1）促進循環(huán)經(jīng)濟，實現(xiàn)了廢舊輸送帶的高價值資源化利用，減少了固體廢物排放，契合綠色礦山建設(shè)要求。

（2）提升本質(zhì)安全水平，從根本上消除了，高風(fēng)險的人工切割作業(yè)崗位。

（3）技能轉(zhuǎn)型推動相關(guān)工人從體力勞動者向設(shè)備操作維護者的技能轉(zhuǎn)型，符合產(chǎn)業(yè)升級趨勢。

存在問題與持續(xù)改進方向

研制的設(shè)備進行了實踐應(yīng)用，但在長期運行中仍暴露出部分需要優(yōu)化的技術(shù)點，主要包括以下2個方面。

（1）關(guān)鍵部件耐磨性提升

針對鋼刷輥鋼絲在持續(xù)沖刷含矸石物料時磨損較快，平均壽命約3個月，改進方案通過材料升級，采用鎢鈷類硬質(zhì)合金顆粒鑲嵌的復(fù)合刷毛，或氧化鋁陶瓷纖維刷毛；設(shè)計刷毛分段式模塊，允許局部更換，降低維護成本；增加刷輥轉(zhuǎn)矩在線監(jiān)測，通過驅(qū)動電流變化預(yù)警磨損狀態(tài)，實現(xiàn)預(yù)測性維護。

（2）傳感系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性強化

針對橫向切割工位的光電傳感器在極高粉塵濃度（>50 mg/m3）時偶發(fā)信號丟失或誤觸發(fā)的問題，改進方案采用物理防護，設(shè)計煙塵收集器，形成局部煙塵屏障；傳感器選型替代，評估采用抗污染能力更強的激光反射式測距傳感器或電容式接近開關(guān)。

總 結(jié)

（1）研制了一種半自動廢舊輸送帶切割機，通過集成化的機械設(shè)計、可靠的電機傳動，系統(tǒng)性解決了礦井廢舊輸送帶人工切割安全隱患，提升了加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。

（2）該裝置的研制與應(yīng)用是礦山生產(chǎn)輔助環(huán)節(jié)裝備升級的一次成功實踐，為廢舊物資的規(guī)?；?、高值化回收利用提供了高效的技術(shù)解決方案，采用的模塊化設(shè)計思想、機電一體化集成技術(shù)，對于同類礦山專用裝備的開發(fā)具有積極的借鑒意義。

（3）本設(shè)備具有良好的可推廣性和擴展性，可適配于不同規(guī)模的礦井及非煤礦山。后續(xù)通過持續(xù)技術(shù)迭代與智能化升級，有望成為礦山循環(huán)經(jīng)濟與智能化生產(chǎn)車間中的標(biāo)準(zhǔn)裝備之一，為推動礦山行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展與轉(zhuǎn)型升級貢獻積極力量。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學(xué)研究總院期刊中心擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄8種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動計劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

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