帶式輸送機柔性斷帶抓捕裝置的設(shè)計

楊廣東

（山西焦煤西山煤電集團公司西曲礦掘進三隊， 山西 太原 030200）

引言

輸送帶在長久工作時受其輸送帶本身質(zhì)量差、連接處強度不足、啟動、停止時瞬間的張力過大，長期受變載荷影響等因素影響極易發(fā)生斷裂[1]。在大傾角的輸送機系統(tǒng)中，一旦發(fā)生斷帶，輸送帶上的散料及輸送帶本身將在自身重力的作用下沿輸送機機架下滑，如果不能及時對下滑的輸送帶進行制動，輸送帶及物料將會堆積在巷道底部，造成長時間的停產(chǎn)。因此，本文研究一種柔性斷帶抓捕裝置，以在最佳的時間點對下滑的輸送帶進行制動。

1 輸送帶數(shù)學(xué)模型的建立

帶式輸送機的數(shù)學(xué)模型建立應(yīng)本著簡單、準確、適用的原則，由輸送帶的組成可知，輸送帶為一個巨大的黏彈性體，其主要表現(xiàn)在輸送帶在外來力量的作用下，其內(nèi)部的應(yīng)力和應(yīng)變具有非線性的關(guān)系，且應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系呈現(xiàn)一種滯后性。

在對輸送帶的基本特性進行分析后，本著簡單、實用的原則我們選擇將輸送帶的數(shù)學(xué)模型通過一個黏性元件和一個彈性元件組成的數(shù)學(xué)模型來模擬輸送帶所具有的黏彈性特性[2-3]，目前常用的表述黏彈性的數(shù)學(xué)模型主要包括Maxwell模型和Vogit模型，因為Vogit模型比Maxwell模型能夠表現(xiàn)出更高的黏彈性特性，因此我們以Vogit模型作為選定的數(shù)學(xué)模型來建立輸送帶的數(shù)學(xué)模型[4]。

Vogit模型是由一個彈性的元件（彈簧）和一個黏性元件（阻尼器）構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 Vogit黏彈性的數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)示意圖

Vogit模型的黏彈性數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換公式可表示為：

式中：σ為輸送帶的所受的應(yīng)力；E為彈性模量；ε為輸送帶在應(yīng)力作用下的應(yīng)變量；η為阻尼系數(shù)為輸送帶在應(yīng)力作用下發(fā)生應(yīng)變的速度。

對輸送帶施加恒應(yīng)力σ=σ0H（t）可得出其在應(yīng)力[5]作用下的響應(yīng)值：

故其變形的柔量可表示為：

在數(shù)學(xué)模型上對其施加一個應(yīng)變ε=ε0H（t）時，其在應(yīng)變作用下的響應(yīng)值σ（t）可表示為[6]：

其松弛模數(shù)可表示為：

2 斷帶抓捕裝置整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

新型柔性斷帶抓捕裝置應(yīng)具有結(jié)構(gòu)簡單、動作迅速可靠、斷帶監(jiān)測信息準確、抓捕安全、可靠等特點，基于以上要求，新型抓捕裝置執(zhí)行機構(gòu)如下頁圖2所示，其主要由機械骨架、執(zhí)行油缸及楔形塊組成，在工作時，斷帶抓捕裝置的信號監(jiān)測系統(tǒng)對輸送帶的運行情況進行實時監(jiān)測，當發(fā)生斷帶事故后，信號監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出抓捕信號給斷帶抓捕裝置的液壓控制系統(tǒng)，由液壓控制系統(tǒng)控制執(zhí)行機構(gòu)上的執(zhí)行油缸執(zhí)行抓捕動作，為了確保抓捕后的安全制動，該斷帶抓捕裝置的執(zhí)行機構(gòu)采用了12°自鎖結(jié)構(gòu)，能夠確保對輸送帶的可靠鎖緊。

3 斷帶抓捕機構(gòu)信號監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

斷帶抓捕機構(gòu)能否執(zhí)行抓捕動作完全依賴于信號監(jiān)測裝置對輸送帶運行狀態(tài)的監(jiān)測，因此信號監(jiān)測裝置的可靠性直接關(guān)系到輸送機的抓捕機構(gòu)能否正常工作，如果信號監(jiān)測裝置在輸送機正常工作時發(fā)出了誤動作的信號，則將直接造成安全運行事故，輕者造成機架被拉跨，重者則造成較大的人員傷亡事故，帶來極具惡劣的影響，因此為確保信號監(jiān)測裝置對輸送機運行狀態(tài)判斷的可靠性，我們選擇了以PLC控制結(jié)構(gòu)和編碼器裝置為核心的信號監(jiān)測裝置。

圖2 斷帶抓捕結(jié)構(gòu)示意圖

如圖3所示，在輸送帶系統(tǒng)上分布著5個編碼器裝置，1號編碼器位于輸送機的主滾筒上，用于監(jiān)測輸送帶的正常運行速度，當斷帶事故發(fā)生在2號和3號位置之間時，2號編碼器監(jiān)測的輸送帶的運行速度增大，方向不變，3號編碼器監(jiān)測到的輸送帶的運行速度逐漸減小，方向先不變后相反，4、5位置的編碼器監(jiān)測到的輸送帶的運行速度逐漸增大，速度方向保持不變，這樣利用各編碼器監(jiān)測到的速度情況與1號編碼器內(nèi)的速度情況進行對比，即可判斷輸送機系統(tǒng)是否發(fā)生了斷帶事故。

當斷帶發(fā)生在其他位置時可利用相同的原理，通過速度差值對比的方法來判斷輸送帶的運行狀態(tài)，這種新的差值判斷法比之前常用的電流突變檢測法、張緊力突變檢測法、小車位置檢測法等方案具有更高的可靠性，因為在輸送機正常工作的過程中會經(jīng)常受到一些外界因素，如載荷突變、緊急制動等的影響，傳統(tǒng)的監(jiān)測方案極易出現(xiàn)誤報警的情況，而利用編碼器組速度差值檢測的方案則能完美的解決以上問題，實現(xiàn)對輸送機運行情況的準確判斷，避免斷帶抓捕裝置的誤動作。

圖3 輸送機運行狀態(tài)信號監(jiān)測裝置

4 結(jié)語

這種柔性斷帶抓捕機構(gòu)采用楔形塊自動鎖緊裝置，很好地解決了傳統(tǒng)斷帶抓捕裝置在執(zhí)行抓捕指令時對輸送帶造成二次傷害等難題，為確保輸送機斷帶抓捕裝置的可靠性和有效性制動提供了強有力的保障。