楊廣東

（山西焦煤西山煤電集團(tuán)公司西曲礦掘進(jìn)三隊(duì)， 山西 太原 030200）

引言

輸送帶在長(zhǎng)久工作時(shí)受其輸送帶本身質(zhì)量差、連接處強(qiáng)度不足、啟動(dòng)、停止時(shí)瞬間的張力過(guò)大，長(zhǎng)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(jī)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(jī)機(jī)架下滑，如果不能及時(shí)對(duì)下滑的輸送帶進(jìn)行制動(dòng)，輸送帶及物料將會(huì)堆積在巷道底部，造成長(zhǎng)時(shí)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(shí)間點(diǎn)對(duì)下滑的輸送帶進(jìn)行制動(dòng)。

1 輸送帶數(shù)學(xué)模型的建立

帶式輸送機(jī)的數(shù)學(xué)模型建立應(yīng)本著簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、適用的原則，由輸送帶的組成可知，輸送帶為一個(gè)巨大的黏彈性體，其主要表現(xiàn)在輸送帶在外來(lái)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(duì)輸送帶的基本特性進(jìn)行分析后，本著簡(jiǎn)單、實(shí)用的原則我們選擇將輸送帶的數(shù)學(xué)模型通過(guò)一個(gè)黏性元件和一個(gè)彈性元件組成的數(shù)學(xué)模型來(lái)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?yàn)閂ogit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(lái)建立輸送帶的數(shù)學(xué)模型[4]。

Vogit模型是由一個(gè)彈性的元件（彈簧）和一個(gè)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(duì)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(duì)其施加一個(gè)應(yīng)變?chǔ)?ε0H（t）時(shí)，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(jì)

新型柔性斷帶抓捕裝置應(yīng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作迅速可靠、斷帶監(jiān)測(cè)信息準(zhǔn)確、抓捕安全、可靠等特點(diǎn)，基于以上要求，新型抓捕裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)如下頁(yè)圖2所示，其主要由機(jī)械骨架、執(zhí)行油缸及楔形塊組成，在工作時(shí)，斷帶抓捕裝置的信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)輸送帶的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)發(fā)生斷帶事故后，信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)出抓捕信號(hào)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(jī)構(gòu)上的執(zhí)行油缸執(zhí)行抓捕動(dòng)作，為了確保抓捕后的安全制動(dòng)，該斷帶抓捕裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用了12°自鎖結(jié)構(gòu)，能夠確保對(duì)輸送帶的可靠鎖緊。

3 斷帶抓捕機(jī)構(gòu)信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

斷帶抓捕機(jī)構(gòu)能否執(zhí)行抓捕動(dòng)作完全依賴于信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置對(duì)輸送帶運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，因此信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置的可靠性直接關(guān)系到輸送機(jī)的抓捕機(jī)構(gòu)能否正常工作，如果信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置在輸送機(jī)正常工作時(shí)發(fā)出了誤動(dòng)作的信號(hào)，則將直接造成安全運(yùn)行事故，輕者造成機(jī)架被拉跨，重者則造成較大的人員傷亡事故，帶來(lái)極具惡劣的影響，因此為確保信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置對(duì)輸送機(jī)運(yùn)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(hào)監(jiān)測(cè)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(gè)編碼器裝置，1號(hào)編碼器位于輸送機(jī)的主滾筒上，用于監(jiān)測(cè)輸送帶的正常運(yùn)行速度，當(dāng)斷帶事故發(fā)生在2號(hào)和3號(hào)位置之間時(shí)，2號(hào)編碼器監(jiān)測(cè)的輸送帶的運(yùn)行速度增大，方向不變，3號(hào)編碼器監(jiān)測(cè)到的輸送帶的運(yùn)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(cè)到的輸送帶的運(yùn)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(cè)到的速度情況與1號(hào)編碼器內(nèi)的速度情況進(jìn)行對(duì)比，即可判斷輸送機(jī)系統(tǒng)是否發(fā)生了斷帶事故。

當(dāng)斷帶發(fā)生在其他位置時(shí)可利用相同的原理，通過(guò)速度差值對(duì)比的方法來(lái)判斷輸送帶的運(yùn)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(cè)法、張緊力突變檢測(cè)法、小車(chē)位置檢測(cè)法等方案具有更高的可靠性，因?yàn)樵谳斔蜋C(jī)正常工作的過(guò)程中會(huì)經(jīng)常受到一些外界因素，如載荷突變、緊急制動(dòng)等的影響，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方案極易出現(xiàn)誤報(bào)警的情況，而利用編碼器組速度差值檢測(cè)的方案則能完美的解決以上問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送機(jī)運(yùn)行情況的準(zhǔn)確判斷，避免斷帶抓捕裝置的誤動(dòng)作。

圖3 輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置

4 結(jié)語(yǔ)

這種柔性斷帶抓捕機(jī)構(gòu)采用楔形塊自動(dòng)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(shí)對(duì)輸送帶造成二次傷害等難題，為確保輸送機(jī)斷帶抓捕裝置的可靠性和有效性制動(dòng)提供了強(qiáng)有力的保障。