负载对输送带定距制动系统的影响分析及系统优化

0引言

输送带是散装物料倾斜运输的主要载体,疲劳磨损、老化、超载等会导致输送带偶发断带事故,故断带保护装置是带式输送机倾斜运输设备的关键部件。断带保护过程主要包括断带检测[1]、断带抓捕[2]、断带缓冲制动等,其中断带检测和断带抓捕技术已成熟[3],但断带缓冲制动尚属于新技术,对此不少科研单位公开了众多新观点和新思路。王利锋[4]利用液压缓冲方法减小了断带抓捕时的冲击载荷,研究了溢流阀启闭压力对缓冲压力和制动位移的影响情况,并搭建实验室装置进行了系统模拟和验证;成志锋等人[5—6]提出了下运带式输送机断带抓捕液压缓冲系统及改进系统,搭建了系统仿真模型验证其动态特性,分析了溢流阀开启压力对原系统和改进系统的影响规律,研究表明溢流阀关闭后阻尼孔发挥了较好的吸能减振效果;冯铃等人[7]将溢流阀和液压锁集成于液压缸,三者组合缓冲制动断带抓捕装置,合理选用皮带弹性阻尼模型搭建系统仿真模型,分析了液压缸结构尺寸对系统缓冲特性的影响,指导了缓冲液压缸和溢流阀的合理选型匹配;朱云开等人[8]提出了一种断带变节流制动液压系统,基于AMEsim 验证了系统的平稳制动特性,研究了带速和承重对系统制动特性的影响效果,分析得出带速和承重变化不影响输送带制动位移。

综上得出,断带液压缓冲系统主要分为定节流缓冲系统和变节流缓冲系统,定节流缓冲系统主要元件有缓冲缸、溢流阀、固定节流阀、蓄能器,变节流缓冲系统主要元件为缓冲缸、变节流阀,前者无法实现定距制动,后者一定程度上能实现定距制动,但可靠性不高。

输送带制动装置需满足以下条件:

1)断带缓冲装置一般设置于输送机托辊之间,托辊间距为定距布置,故制动位移被限制;

2)理论制动位移不能超越制动液压缸行程。

为适应限距制动,本文深入开展了输送带定距制动缓冲系统研究,分析了其工作原理,并基于AMESim搭建了系统仿真模型,分析了输送带质量和速度对系统制动特性的影响情况;基于缓冲末端存在的持续压力波动进行了系统改进,同时进行了改进系统的性能验证。该研究对输送带定距制动缓冲系统装置的研制具有指导意义。

1输送带定距制动系统原理

输送带定距制动系统如图1所示,主要由制动缸、抓带装置、位移采集器、电磁换向阀、缓冲吸油阀、变节流阀和PID控制器组成。电磁换向阀左位时,制动缸缩回,右位时,制动缸伸出,中位时进行输送带定距被动制动,此时制动缸处于完全缩回状态,主泵低压卸荷,制动缸有杆腔通过电磁换向阀中位与变节流阀连通,抓带装置带动制动缸活塞伸出时,位移采集器将制动位移实时传输至变节流阀控制端,与 目标位移比较后调节阀口开度,直至逼近目标位移,从而实现定距制动。

2输送带定距制动系统建模

基于AMESim搭建输送带定距制动过程仿真模型,如图2所示。

系统仿真参数如表1所示。

3输送带质量和速度对制动性能的影响

3.1输送带质量影响

进行输送带位移和速度仿真,输送带质量取值2000、3000、4000、5000、6000kg。图3为质量对输送带制动位移的影响,图4为质量对输送带制动速度的影响。

由图3和图4可得,输送带质量变化,输送带最大制动位移与目标位移误差保持在0.01 m内;输送带质量由2000 kg增加至6000 kg,最大制动位移时间由5s逐渐减小至2.8s,匀速制动速度由0.3m/s逐渐增加至0.5 m/s。

3.2 带速影响

进行输送带位移和速度仿真,输送带速度取值4、5、6、7、8m/s。图5为带速对输送带制动位移的影响,图6为带速对输送带制动速度的影响。

由图5和图6可得,输送带速度变化,输送带最大制动位移与目标位移误差也保持在0.01 m内;输送带速度由4 m/S增加至8 m/S,最大制动位移时间由2.8 S逐渐减小至1.8 S,匀速制动速度不变。

4 系统优化

制动末端存在一定速度震动,在变节流阀入口处并接阻尼进行吸能减震,如图7所示,并搭建如图8所示的系统仿真模型。

对优化前后系统进行仿真比较,得到输送带制动速度、缓冲腔压力对比如图9和图10所示。

由图9和图10可知,系统优化后,输送带制动末端速度震荡、压力波动均在1 S内得到消除。

5 结论

为解决输送带制动冲击压力较大的问题,实现定距制动效果,本文设计了一种输送带变节流定距制动系统,分析了其工作原理,并基于AMEsim搭建制动过程仿真模型,仿真了输送带质量和速度对系统制动特性的影响,通过系统改进消除了制动末端的压力、速度波动,改进后的系统定距制动特性更好。主要结论如下:

1)输送带质量增加,制动时间缩短,匀速制动速度增加;输送带速度增加,制动时间缩短,匀速制动速度不变。

2)优化后系统制动末端速度和压力波动均在1 s内消除。

[参考文献]

[1]杨会伟,陶云芳,路国运.输送带全断面断带抓捕器抓捕过程研究[J].煤炭科学技术,2016,44(10):136—140.

[2]王德银.带式输送机速度方向法断带检测技术[J].煤炭科学技术,2008,36(12):66—68.

[3]王春华,安达,邱立鹏.输送带双向弧形断带抓捕器的设计与研究[J].机械强度,2019,41(3):653—658.

[4] 王利锋.基于AMEsim断带抓捕缓冲系统仿真研究[J].液压与气动,2018(4):101—104.

[5]成志锋.下运带式输送机断带抓捕液压缓冲系统研究[J].工矿自动化,2019,45(3):61—65.

[6]成志锋,陈攀.下运带断带抓捕液压缓冲系统优化及仿真研究[J].机电工程,2020,37(1):69—72.

[7]冯铃,冯锐,赵平.带式输送机断带抓捕装置缓冲系统制动性能研究[J].机械研究与应用,2024,37(3):34—37.

[8]朱云开,王希强.输送带断裂制动液压系统优化设计[J].机床与液压,2021,49(20):105—109.

《机电信息》2025年第12期第14篇