制動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上最為重要的組成部分之一，輸送帶的成本約占整個輸送機成本的40-55%左右。通常情況下，在大型的帶式輸送機中，輸送帶多數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特性有著十分明顯的影響。近年來，隨著科學技術的不斷發展和進步，使輸送機的輸送距離進一步增長，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行分析的話，計算結果勢必會與實際產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，在輸送帶制動過程中，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性能的主要因素。

二 制動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

當帶式輸送機處于正常工況下時，輸送帶所需要的張力應當滿足以下兩個條件：其一，輸送帶張力無論在任何負載條件下，作用到滾筒上的圓周力會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出現打滑的現象;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定值，從而導引輸送帶正常運轉，并降低輸送帶的運行阻力。

(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采用的都是單點制動，簡單來講，就是一條輸送帶只有一個制動裝置控制啟停，而阻尼托輥采用的則是多點制動。與阻尼板相比，阻尼托輥具有有效優勢：其一，托輥與輸送帶之間屬于滾動式摩擦，這對輸送帶的磨損要遠遠低于阻尼板，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;其三，阻尼托輥可以實現自動化控制，阻力調節更加方便;其四，阻尼板在與輸送帶摩擦時容易產生火花，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中，有利于防爆。正是因為阻尼托輥所具有的這些優點，使其被廣泛應用于帶式輸送機上。然而，在實際應用中發現，制動過程中，阻尼托輥對輸送帶張力會造成一定影響，下面對此進行詳細分析。

1.建模。輸送帶屬于一種相對較為復雜的變形柔性體，相對于輸送帶而言，托輥的剛度較大、變形較小，同時輸送帶與滾筒、托輥和機架的接觸也比較復雜，為了便于分析，在建模時需要進行一些假設和簡化，具體內容如下：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，由于機架本身處于靜止狀態，故此不對其進行建模，而托輥則為直接固定;其三，將整個制動系統簡化為一個滾筒，并在該滾筒上直接加載制動力矩;其四，因為輸送帶的實際運行狀況比較復雜，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，建模時只考慮物料的實際重量，不考慮其他因素，同時將物料重力加載到輸送帶上;其六，輸送機的機頭與機尾平行，輸送帶無傾角。通過以上假定和簡化后，采用多體動力學分析軟件(Recur Dyn)進行建模，具體過程如下：

第一步：啟動軟件，并將模型命名為belt，同時將重力方向設置為-Z;第二步：在子系統當中選取belt并點擊Roller命令，構建滾筒和托輥模型，并在對話框中設置滾筒和托輥尺寸以及阻尼系數(阻尼系數需要設置兩個，一個是普通托輥的，另一個是阻尼托輥的)，隨后在motion一欄中勾選Include motion，這樣便可以進行制動設置;第三步：在belt中選取平帶并對輸送帶進行建模;第四步：建立約束。滾筒、托輥與地面固定，并與軸建立轉動副;第五步：設置約束力及接觸摩擦。滾筒及托輥與軸設置接觸為Cylindere To Cylinder。以上設置完畢以后，單擊模型樹并調取Properties，對阻尼系數以及摩擦因數進行設置;第六步：布設傳感器并設置輸送帶的初始運行速度，同時進行仿真計算。

建模所用的數據如表1所示。

表1 建模過程中所用的主要數據

2.結果分析。經過軟件分析計算后得出如下結果：①在制動過程中，輸送帶最大張力是在制動開始之后才出現的，并沒有出現在制動開始之初;②阻尼托輥的應用可以有效減少制動時間;③在處于最大張力時，采用阻尼托輥要比普通托輥時的輸送帶張力降低將近20%左右。

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