制動(dòng)過程中阻尼托輥對輸送帶張力的影響

馮文濤

(中國平煤神馬股份有限公司 十三礦，河南 平頂山 467000)

一 輸送帶的基本特性分析

輸送帶是帶式輸送機(jī)上最為重要的組成部分之一，輸送帶的成本約占整個(gè)輸送機(jī)成本的40-55%左右。通常情況下，在大型的帶式輸送機(jī)中，輸送帶多數(shù)采用的都是鋼絲繩芯，即以鋼絲繩作為輸送帶的帶芯，然后外加覆蓋膠制成。覆蓋膠的材質(zhì)一般以塑料和橡膠為主，這兩種材料具有非常明顯的粘彈性，因而其對輸送帶的動(dòng)特性有著十分明顯的影響。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，使輸送機(jī)的輸送距離進(jìn)一步增長，輸送量也較之以往有所增大，若是仍將輸送帶作為彈性體或是剛體進(jìn)行分析的話，計(jì)算結(jié)果勢必會(huì)與實(shí)際產(chǎn)生情況存在一定的差異。為此，必須考慮覆蓋層材料對輸送帶整體性能方面的影響，同時(shí)，在輸送帶制動(dòng)過程中，阻尼托輥也在一定程度上對輸送帶張力有所影響，這些都是影響輸送機(jī)性能的主要因素。

二 制動(dòng)過程中阻尼托輥對輸送帶張力的影響研究

(一)輸送帶最小張力的基本條件分析

當(dāng)帶式輸送機(jī)處于正常工況下時(shí)，輸送帶所需要的張力應(yīng)當(dāng)滿足以下兩個(gè)條件：其一，輸送帶張力無論在任何負(fù)載條件下，作用到滾筒上的圓周力會(huì)通過摩擦并傳遞到輸送帶上，輸送帶與滾筒之間必須確保不會(huì)出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象;其二，作用在輸送帶的張力必須足夠大，這樣才能使輸送帶在兩組承載的阻尼托輥之間始終保持垂直度小于設(shè)定值，從而導(dǎo)引輸送帶正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并降低輸送帶的運(yùn)行阻力。

(二)阻尼托輥對輸送帶張力的影響

目前，大部分礦用帶式輸送機(jī)采用的都是單點(diǎn)制動(dòng)，簡單來講，就是一條輸送帶只有一個(gè)制動(dòng)裝置控制啟停，而阻尼托輥采用的則是多點(diǎn)制動(dòng)。與阻尼板相比，阻尼托輥具有有效優(yōu)勢：其一，托輥與輸送帶之間屬于滾動(dòng)式摩擦，這對輸送帶的磨損要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于阻尼板，能夠有效延長輸送帶的使用壽命;其二，阻尼托輥不僅兼具普通托輥的全部功能，而且更容易安裝和維護(hù);其三，阻尼托輥可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，阻力調(diào)節(jié)更加方便;其四，阻尼板在與輸送帶摩擦?xí)r容易產(chǎn)生火花，一旦遇到瓦斯涌出很可能引起爆炸，而阻尼托輥與輸送帶的摩擦被完全封閉在滾筒當(dāng)中，有利于防爆。正是因?yàn)樽枘嵬休佀哂械倪@些優(yōu)點(diǎn)，使其被廣泛應(yīng)用于帶式輸送機(jī)上。然而，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，制動(dòng)過程中，阻尼托輥對輸送帶張力會(huì)造成一定影響，下面對此進(jìn)行詳細(xì)分析。

1.建模。輸送帶屬于一種相對較為復(fù)雜的變形柔性體，相對于輸送帶而言，托輥的剛度較大、變形較小，同時(shí)輸送帶與滾筒、托輥和機(jī)架的接觸也比較復(fù)雜，為了便于分析，在建模時(shí)需要進(jìn)行一些假設(shè)和簡化，具體內(nèi)容如下：其一，建模過程中，除輸送帶之外其余所有部件均做剛體處理;其二，由于機(jī)架本身處于靜止?fàn)顟B(tài)，故此不對其進(jìn)行建模，而托輥則為直接固定;其三，將整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)簡化為一個(gè)滾筒，并在該滾筒上直接加載制動(dòng)力矩;其四，因?yàn)檩斔蛶У膶?shí)際運(yùn)行狀況比較復(fù)雜，所以將其簡化為平帶;其五，輸送帶上的所有物料作均勻化處理，建模時(shí)只考慮物料的實(shí)際重量，不考慮其他因素，同時(shí)將物料重力加載到輸送帶上;其六，輸送機(jī)的機(jī)頭與機(jī)尾平行，輸送帶無傾角。通過以上假定和簡化后，采用多體動(dòng)力學(xué)分析軟件(Recur Dyn)進(jìn)行建模，具體過程如下：

第一步：啟動(dòng)軟件，并將模型命名為belt，同時(shí)將重力方向設(shè)置為-Z;第二步：在子系統(tǒng)當(dāng)中選取belt并點(diǎn)擊Roller命令，構(gòu)建滾筒和托輥模型，并在對話框中設(shè)置滾筒和托輥尺寸以及阻尼系數(shù)(阻尼系數(shù)需要設(shè)置兩個(gè)，一個(gè)是普通托輥的，另一個(gè)是阻尼托輥的)，隨后在motion一欄中勾選Include motion，這樣便可以進(jìn)行制動(dòng)設(shè)置;第三步：在belt中選取平帶并對輸送帶進(jìn)行建模;第四步：建立約束。滾筒、托輥與地面固定，并與軸建立轉(zhuǎn)動(dòng)副;第五步：設(shè)置約束力及接觸摩擦。滾筒及托輥與軸設(shè)置接觸為Cylindere To Cylinder。以上設(shè)置完畢以后，單擊模型樹并調(diào)取Properties，對阻尼系數(shù)以及摩擦因數(shù)進(jìn)行設(shè)置;第六步：布設(shè)傳感器并設(shè)置輸送帶的初始運(yùn)行速度，同時(shí)進(jìn)行仿真計(jì)算。

建模所用的數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 建模過程中所用的主要數(shù)據(jù)

2.結(jié)果分析。經(jīng)過軟件分析計(jì)算后得出如下結(jié)果：①在制動(dòng)過程中，輸送帶最大張力是在制動(dòng)開始之后才出現(xiàn)的，并沒有出現(xiàn)在制動(dòng)開始之初;②阻尼托輥的應(yīng)用可以有效減少制動(dòng)時(shí)間;③在處于最大張力時(shí)，采用阻尼托輥要比普通托輥時(shí)的輸送帶張力降低將近20%左右。

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