帶式輸送機自動張緊裝置的分析研究

李文虎

（山西霍爾辛赫煤業有限責任公司， 山西 長治 046600）

引言

由于輸送機所用的輸送帶是具有黏彈性，在帶式輸送機的啟動、停止或者受沖擊載荷作用的情況下，輸送帶內將會釋放或者儲存很大的動張力，造成輸送帶產生很大的不穩定波動，這些波動隨著輸送帶進行傳播，導致輸送帶內的張力和松緊度發生變化，特別是在驅動滾筒的位置，當輸送帶內的張力減小到一定程度后，會造成輸送帶在運行過程中的打滑，給煤礦的安全生產帶來嚴重的隱患[1]。

帶式輸送機自動張緊裝置是調節輸送帶張力的核心設備，其主要作用首先是確保輸送機的膠帶在與驅動滾筒的分離點處有足夠的張緊力，避免輸送機在工作過程中出現打滑異常，其次確保輸送帶在各點的懸垂度滿足設計要求并在輸送機啟動、停止時候對輸送帶內的動張力進行調節，因此其在確保帶式輸送機的正常運行中起著極其關鍵的作用。

1 帶式輸送機不打滑條件計算

帶式輸送機在工作的過程中依靠驅動滾筒與輸送帶之間的摩擦力進行正常的運轉，在實際中，帶式輸送機的張緊裝置能夠為輸送帶提供一個與運動方向相同的力的作用，當帶式輸送機的膠帶與驅動滾筒之間的摩擦力大于張緊裝置為輸送帶提供的張力時，輸送帶就會在驅動滾筒的分離點產生打滑現象，造成輸送機無法正常工作，因此要研究張緊裝置的工作情況就必須對帶式輸送機在運行過程中的不打滑條件進行分析，確保帶式輸送機的張緊裝置為輸送帶提供的張力能夠大于驅動滾筒作用于輸送帶上的摩擦力[2]，帶式輸送機的輸送帶與驅動滾筒作用處的張力分布情況如圖1所示。

圖1 輸送帶與驅動滾筒作用處的張力分布

假設帶式輸送機在運轉過程中驅動滾筒的運行方向為逆時針方向，則位置S2即為輸送帶與驅動滾筒的切入點，位置S3即為輸送帶與驅動滾筒的分離點，當帶式輸送機處于靜止的情況下，輸送帶與驅動滾筒在各處的力的大小均一致，假設此時力的大小為F0，當驅動滾筒開始運行時，輸送帶要跟著驅動滾筒一起做逆時針的轉動，因此此時位置S2處就需要有一個大于F0的驅動力，假設為F1，與此對應的在位置S3處有一個小于F0的驅動力，假設為F2，由歐拉公式可知：

驅動滾筒的輸出力：

式中：F1為輸送帶在S2點時的動張力；F2為輸送帶S3點時的動張力；α為輸送帶與驅動滾筒的動包角。

由分析可以看出，輸送帶在最初工作時，驅動滾筒主要是借助于輸送帶作用在滾筒上的摩擦力來實現的，這個摩擦力則依賴于張緊裝置作用在輸送帶上的拉力，由此再結合驅動滾筒與帶式輸送機張緊裝置的的實際工作關系，可得出如果要確保輸送帶在啟動過程中不會發生打滑，則輸送帶與分離點B處的張力應為[3]：

式中：Fmax為在最不利條件下所計算出來的驅動滾筒的最大驅動力。同時帶式輸送機要滿足在啟動過程中的平穩性，就必須滿足：

式中：F為輸送帶在啟動時的動張力；∑m為帶式輸送機系統的變位質量；F0為帶式輸送機在正常運轉時的阻力之和；as為啟動加速度。

2 張緊裝置液壓系統的建模與仿真

張緊裝置的液壓系統是張緊裝置工作的動力源，其特性直接關系到張緊裝置工作的可靠性和可行性，因此我們利用AMESim流體仿真分析軟件對其液壓系統進行建模并進行仿真分析，其仿真模型如圖2所示。

圖2 張緊裝置液壓系統仿真模型

在進行仿真分析時，根據液壓系統的實際情況，設置其各項參數，如表1所示。

表1 仿真參數表

由分析可知，在帶式輸送機啟動時，其不打滑的條件是保持輸送帶和驅動滾筒之間的正壓力，此時其正壓力正是來自于張緊裝置對輸送帶的拉緊，因此著重對液壓系統的執行油缸在收縮情況下的工作狀態進行仿真分析。

假設仿真的時間是10s，數據的采樣周期是0.1s，經仿真分析可知，在張緊的工況下液壓缸內活塞桿的位移、運行速度、無桿腔壓力及液壓缸的推力的變化情況如圖3—圖6所示。

圖3 液壓缸活塞桿位移曲線

圖4 液壓缸活塞桿運行速度曲線

圖5 活塞無桿腔壓力變化曲線

圖6 液壓缸推力變化曲線

由仿真分析結果可知，液壓缸的活塞桿在工作過程中活塞桿是先收縮然后再伸長的過程，在系統剛開始工作的時候活塞桿有桿側的系統壓力無法滿足液控單向閥的開啟要求，因此導致無桿腔的壓力持續上升，當有桿腔的壓力滿足液控單向閥的打開條件時，系統開始進行泄流，在系統開始工作約3 s的時候活塞桿的位移約為0.2 m，達到最大收縮的位置，這個時候由于系統無桿腔的壓力值仍然小于系統設定的15.4 MPa，因此收縮閥復位，伸出閥開始工作，最終當壓力達到系統設定壓力后系統保持穩定，此時活塞桿的位移約0.22 m。

在活塞桿收縮時，執行油缸無桿腔的液壓油受到擠壓，使執行油缸的進液管產生彈性變形，當液控單向閥被反向打開后，這些油液中儲存的壓力迅速釋放出來，造成液壓缸無桿腔內的壓力迅速降低，直到該處的壓力下降到系統設定的15.4 MPa時，液壓系統又會開始為其補油，這個過程持續時間約為3 s，從仿真分析圖上我們可以明顯看到在這一段時間時系統壓力的波動情況，這種情況會造成在張緊時使作用在輸送帶上的張緊力發生較大的波動，從而導致輸送帶與驅動滾筒上的壓力波動，造成輸送帶的打滑，因此在這個過程中，我們應該降低執行油缸內活塞桿在收縮時候的收縮速度，使其收縮時間變長，讓液壓缸內的油液壓力得到平穩釋放，從而保證作用在輸送帶上張緊力的平穩性，確保帶式輸送機在啟動過程中的可靠性和平穩性。

3 結論

通過對輸送機的輸送帶在不同階段正常工作時所需的張緊力及輸送帶在工作過程中的不打滑臨界條件進行分析研究，確定不同情況下張緊裝置的作用方式，對決定張緊裝置工作情況的液壓系統進行三維仿真分析，重點對影響帶式輸送機啟動時的張緊階段進行研究。結果表明：在張緊時，應該降低執行油缸內活塞桿在收縮時候的收縮速度，使其收縮時間變長，讓液壓缸內的油液的壓力得到平穩釋放，從而保證作用在輸送帶上張緊力的平穩性，確保帶式輸送機在啟動過程中的可靠性和平穩性。

[1]程昆鵬.新型斷帶抓捕裝置液壓系統的研究[D].太原：太原理工大學，2015.

[2]周志紅.帶式輸送機液壓自動張緊裝置設計[J].礦山機械，2012（6）：63-66.

[3]宋偉剛，王丹.7.6 km長距離帶式輸送機系統動力學的計算機仿真[J].煤炭學報，2004（2）：249-253.

[4]王堅.長距離帶式輸送機液壓自動張緊系統的研究[D].太原：太原科技大學，2012.

[5]申雪榮.帶式輸送機張緊裝置控制系統的研究[D].西安：西安科技大學，2010.