負載對輸送帶定距制動系統的影響分析及系統優化

0 引言

輸送帶是散裝物料傾斜運輸的主要載體，疲勞磨損、老化、超載等會導致輸送帶偶發斷帶事故，故斷帶保護裝置是帶式輸送機傾斜運輸設備的關鍵部件。斷帶保護過程主要包括斷帶檢測[1]、斷帶抓捕[2]、斷帶緩沖制動等，其中斷帶檢測和斷帶抓捕技術已成熟[3]，但斷帶緩沖制動尚屬于新技術，對此不少科研單位公開了眾多新觀點和新思路。王利鋒4利用液壓緩沖方法減小了斷帶抓捕時的沖擊載荷，研究了溢流閥啟閉壓力對緩沖壓力和制動位移的影響情況，并搭建實驗室裝置進行了系統模擬和驗證；成志鋒等人[5-6]提出了下運帶式輸送機斷帶抓捕液壓緩沖系統及改進系統，搭建了系統仿真模型驗證其動態特性，分析了溢流閥開啟壓力對原系統和改進系統的影響規律，研究表明溢流閥關閉后阻尼孔發揮了較好的吸能減振效果；馮鈴等人將溢流閥和液壓鎖集成于液壓缸，三者組合緩沖制動斷帶抓捕裝置，合理選用皮帶彈性阻尼模型搭建系統仿真模型，分析了液壓缸結構尺寸對系統緩沖特性的影響，指導了緩沖液壓缸和溢流閥的合理選型匹配；朱云開等人[8]提出了一種斷帶變節流制動液壓系統，基于AMESim驗證了系統的平穩制動特性，研究了帶速和承重對系統制動特性的影響效果，分析得出帶速和承重變化不影響輸送帶制動位移。

綜上得出，斷帶液壓緩沖系統主要分為定節流緩沖系統和變節流緩沖系統，定節流緩沖系統主要元件有緩沖缸、溢流閥、固定節流閥、蓄能器，變節流緩沖系統主要元件為緩沖缸、變節流閥，前者無法實現定距制動，后者一定程度上能實現定距制動，但可靠性不高。

輸送帶制動裝置需滿足以下條件：

1）斷帶緩沖裝置一般設置于輸送機托輥之間，托輥間距為定距布置，故制動位移被限制；

2）理論制動位移不能超越制動液壓缸行程。

為適應限距制動，本文深入開展了輸送帶定距制動緩沖系統研究，分析了其工作原理，并基于AMESim搭建了系統仿真模型，分析了輸送帶質量和速度對系統制動特性的影響情況；基于緩沖末端存在的持續壓力波動進行了系統改進，同時進行了改進系統的性能驗證。該研究對輸送帶定距制動緩沖系統裝置的研制具有指導意義。

1輸送帶定距制動系統原理

輸送帶定距制動系統如圖1所示，主要由制動缸、抓帶裝置、位移采集器、電磁換向閥、緩沖吸油閥、變節流閥和PID控制器組成。電磁換向閥左位時，制動缸縮回，右位時，制動缸伸出，中位時進行輸送帶定距被動制動，此時制動缸處于完全縮回狀態，主泵低壓卸荷，制動缸有桿腔通過電磁換向閥中位與變節流閥連通，抓帶裝置帶動制動缸活塞伸出時，位移采集器將制動位移實時傳輸至變節流閥控制端，與目標位移比較后調節閥口開度，直至逼近目標位移，從而實現定距制動。

2輸送帶定距制動系統建模

基于AMESim搭建輸送帶定距制動過程仿真模型，如圖2所示。

系統仿真參數如表1所示。

3輸送帶質量和速度對制動性能的影響

3.1 輸送帶質量影響

進行輸送帶位移和速度仿真，輸送帶質量取值2000，3000，4000，5000，6000kg 圖3為質量對輸送帶制動位移的影響，圖4為質量對輸送帶制動速度的影響。

由圖3和圖4可得，輸送帶質量變化，輸送帶最大制動位移與目標位移誤差保持在 0.01m 內；輸送帶質量由 2000kg 增加至 6000kg ，最大制動位移時間由5s逐漸減小至 2.8s ，勻速制動速度由 0.3m/s 逐漸增加至 0.5m/s 。

3.2 帶速影響

進行輸送帶位移和速度仿真，輸送帶速度取值4.5，6.7.8m/s 。圖5為帶速對輸送帶制動位移的影響，圖6為帶速對輸送帶制動速度的影響。

由圖5和圖6可得，輸送帶速度變化，輸送帶最大制動位移與目標位移誤差也保持在 0.01m 內；輸送帶速度由 4m/s 增加至 8m/s ，最大制動位移時間由2.8s逐漸減小至 1.8s ，勻速制動速度不變。

4 系統優化

制動末端存在一定速度震動，在變節流閥入口處并接阻尼進行吸能減震，如圖7所示，并搭建如圖8所示的系統仿真模型。

對優化前后系統進行仿真比較，得到輸送帶制動速度、緩沖腔壓力對比如圖9和圖10所示。

由圖9和圖10可知，系統優化后，輸送帶制動末端速度震蕩、壓力波動均在1s內得到消除。

5 結論

為解決輸送帶制動沖擊壓力較大的問題，實現定距制動效果，本文設計了一種輸送帶變節流定距制動系統，分析了其工作原理，并基于AMESim搭建制動過程仿真模型，仿真了輸送帶質量和速度對系統制動特性的影響，通過系統改進消除了制動末端的壓力、速度波動，改進后的系統定距制動特性更好。主要結論如下：

1）輸送帶質量增加，制動時間縮短，勻速制動速度增加；輸送帶速度增加，制動時間縮短，勻速制動速度不變。

2）優化后系統制動末端速度和壓力波動均在1s內消除。

[參考文獻]

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[3]王春華，安達，邱立鵬.輸送帶雙向弧形斷帶抓捕器的設計與研究[J].機械強度，2019，41（3）：653-658.

[4]王利鋒.基于AMESim斷帶抓捕緩沖系統仿真研究［J].液壓與氣動，2018（4）：101-104.

[5]成志鋒.下運帶式輸送機斷帶抓捕液壓緩沖系統研究[J].工礦自動化，2019，45（3）：61-65.

[6]成志鋒，陳攀.下運帶斷帶抓捕液壓緩沖系統優化及仿真研究[J].機電工程，2020，37（1）：69-72

[7]馮鈴，馮銳，趙平.帶式輸送機斷帶抓捕裝置緩沖系統制動性能研究[J].機械研究與應用，2024，37（3）：34-37.

[8]朱云開，王希強.輸送帶斷裂制動液壓系統優化設計[J].機床與液壓，2021，49（20）：105-109.