邵寧范

【摘 要】長距離帶式輸送機起制動過程的合理設計是輸送機設計的重要內容。著重分析輸送機各元件的最大受力情況，才能生產制造出性能穩(wěn)定正常的帶式輸送機。

【關鍵詞】可控軟起動裝置；張緊絞車；優(yōu)化設計

0.前言

近年來，隨著我國對煤炭需求量的持續(xù)增加，煤礦也在向大型化、集約化、高產高效的方向發(fā)展。對于主要運輸工具的帶式輸送機，單機運輸距離也從幾年前的3公里，變?yōu)?公里，甚至十幾公里。

帶式輸送機一般分為固定帶式輸送機和可伸縮帶式輸送機。為了降低帶強，長距離帶式輸送機一般采用頭尾驅動或增加卸載式中間驅動的方式。固定帶式輸送機一般選用鋼繩芯膠帶，可伸縮帶式輸送機必須選用PVC或PVG帶。PVC或PVG膠帶比鋼繩芯彈性模量小的多，所以可伸縮帶式輸送機比固定帶式輸送機更復雜，也更難以控制。

下面是我公司生產的6.3Km長的可伸縮帶式輸送機的設計特點：

1.用道奇公司CST作為該機的可控軟起動裝置

長距離、大運量帶式輸送機的技術核心是根據(jù)潛在的動力學問題，解決起動、停車加速度曲線的控制及多電機之間的功率平衡。CST可控軟起動系統(tǒng)是高可靠性的機電液一體化驅動系統(tǒng)，可根據(jù)膠帶輸送機起動，運行工況需要，通過控制器設置需要的加速度曲線和起動時間，并使輸出力矩與液壓系統(tǒng)的壓力成正比。同時通過輸出軸上的速度傳感器，檢測出轉速并反饋給控制系統(tǒng)，該轉速將與控制系統(tǒng)設定的加速度曲線比較，其差值將用于調整濕式離合器摩擦盤的壓力，從而確定膠帶輸送機的加速度斜率，輸出軟起動曲線。在正常運行時，還可根據(jù)各電機的電流大小，改變輸出速度大小，實現(xiàn)多電機之間的功率平衡。

CST正常起動曲線

上面是CST的起動曲線，它能大幅度的降低膠帶的張力。在起動曲線中，延遲段的速度為10%的額定速度。在延遲段內，下垂膠帶被張緊。在延遲段結束后，按最小加速度或最小沖擊的方式完成輸送機的起動過程，從而最大程度地降低了膠帶機的起動張力。

2.張緊絞車

本機做為國產化項目，最初我們考慮到運距長，運量大，國產張緊絞車的響應速不夠快，選用了進口ACE公司的APW電-液張緊絞車。在神東公司的使用經(jīng)驗證明，APW絞車在起動時，響應速度快，性能甚佳。但當整個系統(tǒng)斷電停車時，因其距離長，膠帶張力急劇增加（有時會超過設定值的2-3倍），往往會造成鋼絲繩斷裂，從而引起游動小車、滾筒及儲帶倉的損壞。這個問題在神東公司發(fā)生過數(shù)起（包括從ACE公司進口的輸送機），給礦上造成了很大的損失。

分析其原因，是由絞車的工作原理引起的：該絞車在膠帶張力超過設定值需要松繩時，采用的是電機反饋發(fā)電制動，正常停車沒有問題。但當整個系統(tǒng)失電時，電機反饋發(fā)電完全失效，絞車不能釋放鋼絲繩，造成膠帶張力急劇增加而引起上述事故。后來又引進了HDW變頻絞車，同樣沒有很好的解決上述問題。APW絞車還有一個卷帶模式。為了不造成卷帶時亂卷，在液壓系統(tǒng)中設置了一個阻尼孔，從而使鋼絲繩不完全松弛，帶有一個小的輔助張力。正常工作時，這個功能效果顯著。但有時因為某種原因，輔助張力過大，造成卷帶馬達卷不動或液壓系統(tǒng)的損壞。

綜合以上的原因，加上進口絞車價格昂貴，我公司在選用絞車時，尋求用國產絞車代進口絞車。在調研過程中發(fā)現(xiàn)，國產SZL-1400/400型絞車為機械絞車+油缸的結構可以很好地解決整個系統(tǒng)斷電停車時絞車釋放鋼絲繩的問題。但也存在著一些問題，如絞車的動態(tài)響應性能欠佳、自動化程度低、卷帶時松繩速度過低，影響卷帶速度等。

針對這些問題，西北煤機公司和徐州五洋科技公司共同協(xié)商對SZL-140/400進行了如下改進：

（1）增大了機械絞車的電機功率，使松繩時繩速達到0.2m/s，完全滿足了卷帶的要求。

（2）正常工作時，機械絞車及油缸均能自動工作，拉緊油缸只做為動態(tài)補償裝置。

（3）另配測力裝置（含測力油缸和壓力傳感器等），并依靠壓力繼電器及油缸接近開關進行校核和保護（及具有雙重保護功能），以確保設備的工作可靠性。

（4）增加雙油泵系統(tǒng)，在油泵出現(xiàn)問題時可馬上切換到備用油泵，盡量減少停車時間。

（5）拉緊裝置實現(xiàn)人機界面（漢字化，數(shù)字化），狀態(tài)輸出為模擬量輸出。

（6）預留通訊接口，可以實現(xiàn)數(shù)字化傳輸?shù)姆绞健?/p>

該拉緊絞車的售價20萬元，與進口絞車相比可節(jié)約50-80萬元。而且整體性能已達到或部分功能已超過了進口絞車。是一種性價比較高的設備。在實際使用中發(fā)現(xiàn)，整體輸送機性能穩(wěn)定，代表了年產1000萬噸級全部國產化綜采設備工作面的順槽輸送機的最高水平。

3.中間驅動的特點

傳統(tǒng)的中間驅動采用預設時間的方法控制機頭與中驅的順序起動。也就是機頭驅動先起動，達到了預設的時間后，中間驅動再起動。問題是這個時間是變量，不同的膠帶，不同的距離，不同的運量，以及是否滿載起動或空載起動，這個時間都是變化的。這就給控制程序帶來了很大的困難。如果中驅起動過早，容易引起打滑，起動過晚，機頭驅動又容易過載。鑒于此，我們在中間驅動部設計了張力傳感器，適時檢測松邊膠帶的張力。也就是機頭驅動先起動，中間驅動部松邊膠帶的張力達到了預設值后，中間驅動再起動。很好地解決了上述問題。

4.本機的設計采用了動態(tài)分析的方法

長距離帶式輸送機起制動過程的合理設計是輸送機設計的重要內容。輸送機各元件的受力狀況都是在起制動過程中達到最大，所以分析輸送機各元件的最大受力要對起制動過程進行動力學分析。標準的設計方法采用的是將輸送帶看成是剛體對輸送帶進行力學分析，這種分析方法對小運量、短距離的輸送機可以得到滿足工程設計要求的精度。然而對于大運量、長距離的大型帶式輸送機，剛性力學的分析方法已不能滿足設計要求，計算結果有較大的誤差。因此，對大型帶式輸送機必須采用較為精確過程的動力學分析方法。

帶式輸送機的動態(tài)分析可以得到以下結果。

（1）給出輸送機各主要零件的受力狀況，應用這些結果可以進一步對各零部件進行強度設計。

（2）提供合理的驅動裝置起制動過程的驅動力和制動力的控制要求。

（3）為輸送機的拉緊裝置設計提供設計參數(shù)，包括拉緊裝置的速度、行程，進而可以設計拉緊裝置的驅動功率。

（4）檢驗初步設計結果的合理性，通過分析結果對初步設計進行改進。

5.結束語

通過分析得知，長距離帶式輸送機起、制動過程的合理設計是輸送機設計的重要內容，必須采用較為精確過程的動力學分析方法。才能生產制造出性能穩(wěn)定正常的帶式輸送機。