帶式輸送機自動拉緊裝置的設計與動態分析

于 貴

（晉能控股集團四臺礦運銷站，山西 大同 037003）

引言

當前使用的帶式輸送機拉緊裝置普遍存在性能差、可靠性低等問題。在帶式輸送機的幾大關鍵技術當中，自動拉緊技術是其中最為重要的，其能在很大程度上對輸送機運行的可靠性產生影響。當前，相關領域對大型帶式輸送機拉緊裝置的可靠性、響應速度、拉緊力等方面提出了更高的要求。我國的拉緊裝置僅僅達到拉緊力自動調節的程度，在系統可靠性、響應速度等方面距離世界先進水平還有較大差距[1]。

1 拉緊裝置作用及分類

1.1 拉緊裝置在帶式輸送機中的作用

第一，輸送帶松邊的張緊力得到充分保障，這能在很大程度上減輕工作中的膠帶打滑問題。第二，輸送帶在最小張力點的張力得到保障，能夠有效減少輸送帶跑偏現象的產生。第三，輸送帶的線黏性以及彈性伸長能夠得到有效補償。同時機組振動問題也會得到很大減輕。第四，當帶式輸送機進行長距離送機工作時，起、制動導致的輸送帶動負荷也可得到有效降低。

1.2 拉緊裝置的類型

通過拉緊方式來區分，可以大致將拉緊滾筒分為固定式以及移動式兩類，其中固定改向滾筒被用于固定式當中，分別通過鋼絲繩滾筒拉緊方式或者螺旋張緊方式拉緊；移動式又可以分為重力拉緊方式以及固定絞車拉緊方式，還有一部分歸類為自動拉緊方式[2]。

2 拉緊裝置的動態分析

2.1 大型帶式輸送機的動力學特點

帶式輸送機中的長距離、大運量型號設備的自身性質決定了其彈性性質，類似于系統中彈簧與質量關系，一旦電機將力矩施加于輸送帶上，那么輸送帶必將因受力變形，這將導致在短時間內加載過大，輸送帶形變變量過大，其中蘊含的能量是巨大的，如若這些能量在短時間內釋放，勢必對設備產生巨大的沖擊力，其中某些設備零件將會產生共振致使設備系統損壞。所以對該類帶式輸送機的輸送帶張力控制是重中之重。

2.2 拉緊系統的物理模型

在建立模型時，選擇傾角較小的，車式拉緊方式的帶式輸送機模型，拉緊系統的組成如圖1 所示。

圖1 拉緊系統物理模型

拉緊力生成設備對膠帶動態特性的影響是深遠的，作為拉緊系統的核心部件，其對膠帶張力變化響應產生決定性作用。

2.3 拉緊系統的動態分析方法

設備處在起動以及制動工作狀態時，輸送機的起動和制動特性、結構性能以及拉緊裝置位置都對拉緊系統的工作性能產生很大影響。所以只有系統整體地將輸送機整機結合起來進行分析才能得到準確的工作特性分析結果，僅僅對拉緊裝置進行分析是不嚴謹的。但當上述三種因素一定時，決定拉緊裝置特性的就是其自身。拉緊系統的工作性能同系統輸入的關系如下頁圖2 所示。

圖2 拉緊系統的工作性能同系統輸入的關系

2.4 拉緊裝置動力學模型

絞車液壓式拉緊裝置動力模型，如下頁圖3 所示。

圖3 絞車液壓式拉緊裝置原理及動力模型

圖3 中：輸送帶松張力用F1表示；輸送帶緊邊張力用F2表示；滑輪及液壓缸活塞桿的質量用m0表示；拉緊絞車變位質量用m1表示，滑輪組的變位質量用m2表示，拉筋鋼絲繩的剛度系數用k1表示；阻尼裝置1 的阻尼系數用c1表示；阻尼裝置2 的阻尼系數用c2表示；拉緊裝置初始位置用X0表示；m1的位移用X1表示；m2的位移用X2表示；液壓缸活塞桿拉力用F（t）表示。該模型的動力方程為:

2.5 拉緊裝置動態分析程序

通過前期的準備工作，完成了拉緊裝置物理模型，同時還做了動態分析理論方面的分析工作，隨后進行相關的計算分析工作。

首先需選擇Visual Basic 語言進行程序編輯，同時采用具有較強三維圖形輸出和矩陣處理能力的Matlab 軟件，完成動態特性分析工作，拉緊裝置動特性參數的計算程序如圖4 所示；動特性圖形輸出程序如圖5 所示[3]。

圖4 拉緊裝置動態計算程序框圖

圖5 拉緊裝置動態圖形繪制程序框圖

3 拉緊裝置的動態結果分析

通過以上拉緊裝置的分析工作得到，拉緊裝置的工作特性受到帶式輸送機的很大影響，不能通過僅僅一個函數程序進行表示，所以將整體分析的思維引入整個系統的分析當中是必要的，具體做法就是以設備膠帶中動張力變化作為參考，逐步考慮拉緊裝置提供的張緊力變化，以此保證最終產生最小沖擊力，同時，拉緊裝置拉緊力的變化也會對帶式輸送機產生影響，輸送機的運行將會更加的穩定。完成拉緊裝置的動態特性分析之后得出，通過干涉優化拉緊力的方法來對拉緊裝置進行優化，同時對系統的動態特性進行干預。針對所有的帶式輸送機，首先使設備的拉緊力達到標準特性情況下的數值，隨后依據計算的拉緊力結果得到拉緊裝置特性參數的浮動情況，這就能夠使得拉緊裝置最大限度地提供所需的拉緊力。

在設備起動工作結束進入常規運行的變化階段時，設備將會不可避免地產生動張力，影響設備的平穩運行，針對此問題，在主電動機起動工作完成后，可通過在合適的時機放松輸送帶的方式來使得輸送帶的拉緊力保持在正常范圍內，以減少動應力波的負面影響[4]。

4 結語

在面對當前帶式輸送機的拉緊裝置中的突出問題，提出一種整體系統的動態特性分析方法，通過理論分析和實踐開展自動拉緊裝置整體設計以及動態特性分析工作。通過分析結果發現，帶式輸送機起動方式直接影響拉緊裝置的最佳拉緊力，拉緊力的變化也會對拉緊裝置的位移以及動張力產生影響，以上因素將會影響設備的安全性和穩定性。通過對拉緊裝置拉緊力進行優化減少設備的沖擊力，大幅提升帶式輸送機的穩定性和可靠性。