膠帶運(yùn)輸機(jī)斷帶捕捉器液壓系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)

劉偉樑

（霍州煤電集團(tuán)云廈建筑工程有限公司白龍礦建分公司，山西霍州031400）

煤礦企業(yè)在日常生產(chǎn)中，無論是煤炭運(yùn)輸還是物料運(yùn)輸都離不開膠帶運(yùn)輸機(jī)。而在大傾角、重負(fù)荷、長距離的上山普通型或強(qiáng)力型膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行時(shí)，常因膠帶復(fù)雜的受力因素而導(dǎo)致膠帶撕裂或斷帶現(xiàn)象[1-2]，從而影響礦井的安全高效生產(chǎn)。

為進(jìn)一步控制因膠帶斷帶事故造成的影響，膠帶運(yùn)輸機(jī)斷帶捕捉器是最常用的手段。斷帶捕捉器是利用膠帶運(yùn)輸機(jī)帶斷后沿傾斜方向下滑產(chǎn)生的摩擦力為驅(qū)動源，對膠帶所有可能出現(xiàn)的斷帶都能有效地把上、下重空段膠帶迅速捕捉住[3]。斷帶捕捉器的液壓系統(tǒng)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范設(shè)計(jì)時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中存在一定不足。本文提出一種斷帶捕捉器液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并采用MATLAB的可視化仿真模擬軟件Simulink進(jìn)行仿真模擬。

1 斷帶捕捉器設(shè)計(jì)方案

1.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

斷帶捕捉器的液壓系統(tǒng)在膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下，由傳感器對其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)膠帶出現(xiàn)撕裂斷開時(shí)，保證液壓系統(tǒng)在傳感器發(fā)出信號的2s內(nèi)做出反應(yīng)，由液壓缸進(jìn)行制動操作，斷帶捕捉器完成對斷裂膠帶的捕捉。由于膠帶運(yùn)輸機(jī)具備兩個(gè)方向的運(yùn)輸能力，斷帶捕捉器的液壓系統(tǒng)也要配備兩套換向閥來保證捕捉器具備兩個(gè)方向的斷帶捕捉能力[4]。

1.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

圖1 斷帶捕捉器液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為滿足斷帶捕捉器兩個(gè)方向斷帶捕捉的需求，液壓系統(tǒng)的換向操控采用雙換向閥設(shè)計(jì)。斷帶捕捉器液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可見圖1。膠帶運(yùn)輸機(jī)在運(yùn)行過程中，膠帶兩端受張力影響，在斷裂時(shí)十分迅速，使用普通換向閥的液壓系統(tǒng)無法達(dá)到2s內(nèi)完成制動過程的需求，因此本次設(shè)計(jì)選用反應(yīng)時(shí)間為ms級別的電磁換向閥[5]。圖1中，12、15號裝置為電磁換向閥。

1.3 液壓系統(tǒng)零部件選配

為能夠契合液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使斷帶捕捉器的性能達(dá)到預(yù)期效果，因此對液壓系統(tǒng)所需要的零部件進(jìn)行了研究篩選，經(jīng)分析研究，決定采用的液壓系統(tǒng)零部件型號及參數(shù)詳見表1。

表1 液壓系統(tǒng)零部件型號及參數(shù)

2 斷帶捕捉器液壓系統(tǒng)仿真模擬

2.1 仿真模擬設(shè)計(jì)

本次仿真模擬將采用MATLAB的可視化仿真模擬軟件Simulink進(jìn)行，首先采用液壓缸、蓄能器的流量及壓力數(shù)值作為模型的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)；然后按型號參數(shù)設(shè)定液壓系統(tǒng)內(nèi)關(guān)鍵部件的模擬數(shù)值，電磁換向閥模擬數(shù)值設(shè)定為在0～3s內(nèi)的位移量為5mm，3.06s至模擬完成的位移量為-5mm。模型建立及常數(shù)設(shè)定完成后，開始對液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真模擬。

2.2 效果分析

2.2.1 液壓缸活塞位移仿真效果分析

根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型及設(shè)定的常數(shù)，對液壓系統(tǒng)內(nèi)液壓缸的仿真模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，結(jié)果見圖2。

圖2 液壓缸活塞位移量曲線圖

圖2 -1內(nèi)，模擬膠帶運(yùn)輸機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)下，0s時(shí)斷帶，液壓缸活塞位移量為0.3m，位移時(shí)間為1.3s；圖2-2內(nèi)，液壓缸活塞位移量為0.45m，位移時(shí)間為1.75s。3.06s時(shí)向電磁換向閥進(jìn)行反向供電，圖2-1內(nèi)，液壓缸活塞在4s時(shí)完成收回動作，耗時(shí)0.94s；圖2-2內(nèi)，液壓缸活塞在4.3s時(shí)完成收回動作，耗時(shí)1.24s。

模擬結(jié)果表明，兩部液壓缸均在2s時(shí)間內(nèi)完成了活塞位移，斷帶捕捉器完成了對斷裂膠帶的捕捉動作，達(dá)到了斷帶捕捉器的設(shè)計(jì)要求。

2.2.2 液壓缸流量仿真效果分析

根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型及設(shè)定的常數(shù)，對液壓系統(tǒng)內(nèi)液壓缸的進(jìn)油口流量仿真模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，結(jié)果見圖3。

圖3 1#液壓缸進(jìn)油口流量曲線

圖3 內(nèi)，1#液壓缸在膠帶運(yùn)輸機(jī)膠帶斷裂時(shí)壓入液壓油，進(jìn)油口流量130L/min，斷帶捕捉器在液壓缸活塞0～1.3s的位移時(shí)間內(nèi)完成斷帶捕捉動作；捕捉器完成斷帶捕捉后，換向閥處于中位機(jī)狀態(tài)，進(jìn)油口關(guān)閉，不再壓入液壓油；1#液壓缸活塞到位后完成斷帶捕捉動作，電磁換向閥轉(zhuǎn)換進(jìn)油口，活塞開始復(fù)位，液壓缸進(jìn)油口流量此時(shí)為-130L/min；電磁換向閥處于中位機(jī)狀態(tài)，3.06s后，液壓缸活塞完成復(fù)位，進(jìn)油口關(guān)閉，不再壓入液壓油。

在仿真模擬中，2#液壓缸工作過程同1#液壓缸一樣，活塞位移時(shí)間在0～1.7s內(nèi)，液壓缸進(jìn)油口流量值為141L/min，斷帶捕捉器完成斷帶捕捉動作，4.3s后，液壓缸完成活塞復(fù)位，進(jìn)油口關(guān)閉不再壓入液壓油。

3 結(jié)語

煤礦企業(yè)在生產(chǎn)過程中，膠帶運(yùn)輸機(jī)是物料、設(shè)備、煤炭運(yùn)輸?shù)暮诵脑O(shè)施，影響著礦井的生產(chǎn)進(jìn)度和采掘接替。膠帶運(yùn)輸機(jī)因長期運(yùn)行，膠帶出現(xiàn)疲勞，再加上張力變化或超載，常在膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下出現(xiàn)膠帶斷帶事故，對礦井的安全生產(chǎn)造成安全隱患。因此要對膠帶的斷帶情況加以遏制，從安全性及可靠性兩方面考慮對斷帶捕捉器的液壓系統(tǒng)進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)，并進(jìn)行模擬仿真，仿真結(jié)果表明該設(shè)計(jì)可以在2s內(nèi)完成對斷裂膠帶的捕捉，極大地提高了膠帶運(yùn)輸機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性。對煤礦的安全生產(chǎn)有著重要意義。