史華建

（山西陽(yáng)煤寺家莊煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 昔陽(yáng) 045300）

引言

帶式輸送機(jī)廣泛應(yīng)用于煤炭、電力、化工、冶金等行業(yè)，其運(yùn)輸距離長(zhǎng)、運(yùn)送量大及運(yùn)輸?shù)倪B續(xù)性等特點(diǎn)受到煤炭行業(yè)的青睞，可滿足我國(guó)對(duì)煤礦生產(chǎn)高質(zhì)量、高效率的要求。近年來(lái)，帶式輸送機(jī)發(fā)展迅速，其運(yùn)行速度明顯提高、運(yùn)送功率也逐漸增大。然而由于帶式輸送機(jī)自身的質(zhì)量問(wèn)題、工作環(huán)境的惡劣影響都會(huì)造成斷帶事故的發(fā)生[1]。斷帶事故所造成的人員、設(shè)備及經(jīng)濟(jì)損失是無(wú)法估量的，需對(duì)帶式輸送機(jī)從結(jié)構(gòu)上采取保護(hù)措施，從而有效避免事故的發(fā)生。帶式輸送機(jī)斷帶抓捕裝置是帶式輸送機(jī)中比較關(guān)鍵的保護(hù)裝置，對(duì)帶式輸送機(jī)的安全運(yùn)行起著重要的作用，關(guān)系到煤礦生產(chǎn)人員的安全及煤礦本身生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的安全，具有非常重要的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)效益。因此，急需設(shè)計(jì)一種能夠快速、及時(shí)地檢測(cè)斷帶信號(hào)并能迅速、可靠地抓捕下滑輸送帶的斷帶抓捕裝置，以防危害進(jìn)一步擴(kuò)大。

1 輸送帶斷帶情況分析

1.1 斷帶原因

斷帶抓捕裝置的設(shè)計(jì)首先需要剖析輸送帶斷裂的原因，其次需要對(duì)輸送帶斷裂的位置進(jìn)行深入分析[2]。帶式輸送機(jī)在煤礦運(yùn)輸方面運(yùn)用較為廣泛，輸送帶在運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生斷裂的原因很多，從以往發(fā)生的斷帶事故實(shí)例總結(jié)出了以下幾點(diǎn)：

1）輸送帶制作質(zhì)量不過(guò)關(guān)，操作不規(guī)范，使用時(shí)間較長(zhǎng)、運(yùn)載過(guò)重。

2）由于帶式輸送機(jī)齒輪減速器里的高速軸、輪齒突然斷裂，液力偶合器出現(xiàn)噴液導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)突然逆轉(zhuǎn)。

3）帶式輸送機(jī)運(yùn)載過(guò)程中，運(yùn)送物料不均勻?qū)е螺斔蛶芰Σ痪?，物料跑偏散落，直接影響了輸送機(jī)的安全運(yùn)載能力，增大了斷帶事故的發(fā)生概率。

4）帶式輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)輸送帶應(yīng)力變化較大導(dǎo)致其斷裂。

5）輸送帶接頭簡(jiǎn)單、牢固的工藝制作方法還不成熟，接頭制作稍不嚴(yán)密，運(yùn)載過(guò)大就會(huì)導(dǎo)致運(yùn)送過(guò)程中輸送帶斷裂。

1.2 斷裂位置

輸送帶斷裂的主要位置在輸送帶最大張力點(diǎn)周?chē)?。?qū)動(dòng)滾筒是帶式輸送機(jī)運(yùn)行的主要驅(qū)動(dòng)力，輸送帶正常運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)滾筒與輸送帶的接觸點(diǎn)張力最大，極易發(fā)生斷帶[3]。然而輸送方式不同，斷裂位置也不相同，具體情況如下：

1）下運(yùn)式帶式輸送機(jī)在輸送帶離開(kāi)驅(qū)動(dòng)滾筒的位置張力最大極易發(fā)生斷裂。

2）上運(yùn)式帶式輸送機(jī)在輸送帶進(jìn)入驅(qū)動(dòng)滾筒的位置張力最大極易發(fā)生斷裂。

3）多驅(qū)動(dòng)式帶式輸送機(jī)張力最大的位置與輸送帶運(yùn)行方向傾角有關(guān)，需綜合分析后再確定其準(zhǔn)確斷帶位置。

2 斷帶抓捕裝置的設(shè)計(jì)

機(jī)電液控制式斷帶抓捕裝置是較為常見(jiàn)的一種斷帶抓捕裝置，能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)到斷帶信號(hào)，自動(dòng)化控制能對(duì)輸送帶突然斷裂實(shí)施全面抓捕[4]。

2.1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

機(jī)電液控制式斷帶抓捕裝置的設(shè)計(jì)需要理論與設(shè)計(jì)情況相結(jié)合，對(duì)安全可靠性及靈敏度提出了一定的要求。主要設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

1）斷帶抓捕裝置與輸送帶無(wú)作用力，只有輸送帶發(fā)生斷裂時(shí)抓捕機(jī)構(gòu)才開(kāi)始發(fā)生作用，實(shí)施抓捕工作。

2）斷帶抓捕裝置的制動(dòng)力應(yīng)能滿足斷帶發(fā)生時(shí)實(shí)施全面抓捕，而且應(yīng)保證抓捕力均勻分布在輸送帶上。

3）斷帶抓捕裝置誤動(dòng)作處理。若斷帶抓捕裝置發(fā)生誤動(dòng)作時(shí)，輸送機(jī)要及時(shí)切斷電機(jī)電源。

4）帶式輸送機(jī)應(yīng)安裝清煤裝置，減小斷帶后由于物料散落而降低抓捕裝置實(shí)施抓捕工作的制動(dòng)效率。

2.2 系統(tǒng)組成

機(jī)電液控制式斷帶抓捕裝置主要包括四個(gè)部分：輸送帶信號(hào)采集系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)及機(jī)械抓捕機(jī)構(gòu)。機(jī)電液控制式斷帶抓捕裝置示意圖如圖1所示。

圖1 機(jī)電液控制式斷帶抓捕裝置示意圖

2.2.1 機(jī)械抓捕機(jī)構(gòu)

機(jī)械抓捕機(jī)構(gòu)主要由油缸、油缸支撐橫梁、移動(dòng)楔塊、固定楔塊、機(jī)架等組成。機(jī)械抓捕機(jī)構(gòu)采用solidworks軟件進(jìn)行三維建模，其正常運(yùn)行狀態(tài)及抓捕狀態(tài)的模擬結(jié)果如圖2所示。

圖2 抓捕機(jī)構(gòu)示意圖

2.2.2 液壓控制系統(tǒng)

斷帶抓捕裝置液壓系統(tǒng)是以電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)高壓柱塞泵為動(dòng)力通過(guò)溢流閥和電磁換向閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力，以實(shí)現(xiàn)斷帶的快速抓捕。

2.2.3 電氣控制系統(tǒng)

機(jī)電液控制式斷帶抓捕裝置電氣控制系統(tǒng)的核心部件是PLC（可編程邏輯控制器），可進(jìn)行程序編輯、存儲(chǔ)操作指令、控制機(jī)械裝置及生產(chǎn)過(guò)程、處理運(yùn)行數(shù)據(jù)判斷輸送帶運(yùn)行情況并作出相應(yīng)動(dòng)作[5]。若輸送帶斷裂，控制信號(hào)會(huì)發(fā)出斷帶信號(hào)，實(shí)施快速抓捕。

2.2.4 斷帶信號(hào)檢測(cè)、采集系統(tǒng)

斷帶信號(hào)的檢測(cè)與采集是啟動(dòng)斷帶抓捕裝置的關(guān)鍵因素。輸送帶的斷裂檢測(cè)主要依靠速度方向與大小、輸送帶張力和懸垂度三個(gè)方面進(jìn)行，只有三種斷帶信號(hào)同時(shí)被檢測(cè)并通過(guò)對(duì)采集的信息進(jìn)行對(duì)比分析后確定輸送帶是否斷裂。

3 斷帶抓捕裝置的仿真模擬

3.1 斷帶抓捕裝置模型的建立

利用Solidworks軟件進(jìn)行斷帶抓捕裝置的實(shí)體建模并導(dǎo)入到ADAMS軟件中，斷帶抓捕裝置三維模型如圖3所示。

圖3 斷帶抓捕裝置三維模型

3.2AMESim與ADAMS聯(lián)合仿真

運(yùn)用AMESim軟件進(jìn)行液壓系統(tǒng)仿真模擬，運(yùn)用ADAMS軟件進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)模型建立。AMESim模擬輸出的液壓缸作用力作為AMAMS機(jī)械系統(tǒng)模擬的輸入，AMAMS經(jīng)過(guò)模擬后輸出活塞桿位移反饋到AMESim中。聯(lián)合仿真模型如圖4所示。

圖4 聯(lián)合仿真模型

3.3 仿真結(jié)果分析

本次仿真的目的是分析上楔塊與輸送帶接觸面積與抓捕時(shí)間的關(guān)系?；谏鲜雎?lián)合仿真模型，當(dāng)上楔塊與輸送帶接觸面積分別為0.2 m2、0.25 m2、0.3 m2時(shí)，系統(tǒng)的抓捕時(shí)長(zhǎng)，仿真結(jié)果如第69頁(yè)表1所示。

經(jīng)仿真分析可知，系統(tǒng)的抓捕時(shí)間并不是隨著上楔塊與輸送帶的接觸面積的增大而減小。理論上，隨著上楔塊與輸送帶的接觸面積增大，在一定抓捕力的作用下，單位面積的抓捕力就越小，且波動(dòng)時(shí)間就會(huì)延長(zhǎng)。然而，在實(shí)際抓捕過(guò)程中除了上述影響外，接觸面積越小，使得系統(tǒng)活塞桿到達(dá)預(yù)定位置耗時(shí)越小。綜合上述兩項(xiàng)因素，導(dǎo)致抓捕時(shí)間隨著抓捕面積的增大呈現(xiàn)先減小后增大的變化趨勢(shì)。

表1 不同接觸面積下系統(tǒng)的抓捕時(shí)間仿真結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)仿真分析，得出上楔塊與輸送帶接觸面積與抓捕時(shí)間的關(guān)系為：抓捕時(shí)間隨著抓捕面積的增大呈現(xiàn)先減小后增大的變化趨勢(shì)，對(duì)指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)中的帶式輸送機(jī)斷帶抓捕工作具有現(xiàn)實(shí)意義。