輸送帶抗沖擊性能測試系統(tǒng)用提升裝置的研制

摘? 要：通過對輸送帶抗沖擊性能測試系統(tǒng)重錘提升和抓脫特性的分析，研制了一種關(guān)節(jié)式重錘抓脫機構(gòu)及自動控制裝置，該裝置可以實現(xiàn)對試驗裝置重錘的精準抓取和提升控制，具有抓取平穩(wěn)，測量精度高，操作自動化程度高等特點。實踐表明，該裝置完全滿足輸送帶抗沖擊性能測試系統(tǒng)的功能和精度要求。

關(guān)鍵詞：輸送帶、抗沖擊性能、試驗裝置

1 引言

隨著國內(nèi)采礦、水泥和化工等行業(yè)的快速發(fā)展，現(xiàn)代帶式輸送機正向長距離、大運量、高速高效和多功能化方向發(fā)展，輸送帶作業(yè)條件日趨復雜和苛刻。在礦山開采作業(yè)中，由于物料大小不均勻且落差較大，物料對輸送帶的沖擊能量非常大，極易造成帶體劃傷甚至撕裂。

輸送帶在煤礦、鐵礦、碼頭、水泥廠等諸多有輸送系統(tǒng)需求的領(lǐng)域都是最重要的運載部件。這些場合除了對輸送帶的安全性能重視之外，對產(chǎn)品的抗沖擊、抗撕裂等物性要求也越來越重視。在國內(nèi)國外的輸送帶產(chǎn)品中，緯向加強型（纖維結(jié)構(gòu)、鋼絲繩結(jié)構(gòu)或增強網(wǎng)結(jié)構(gòu)）輸送帶應運而生且運用逐步增多。

好的抗沖擊產(chǎn)品一方面能夠提高產(chǎn)品的使用運行壽命，另一方面也能夠很大程度上避免沖擊物料造成輸送帶破壞后帶來的經(jīng)濟損失和設備、人員的安全事故。實際的應用中，供需方也已經(jīng)提出了相關(guān)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品要求，但標準和檢測裝備能力支撐不足，因此抗沖擊性能測試系統(tǒng)的建立可為該類產(chǎn)品相關(guān)沖擊破壞造成的事故提供分析的技術(shù)手段，還能對同類產(chǎn)品的安全監(jiān)督和安全準入提供有力的技術(shù)支撐，防止和減少設備的安全事故，促進我國輸送帶類產(chǎn)品安全技術(shù)水平的提高。但目前輸送帶抗沖擊性能試驗系統(tǒng)沒有標準化產(chǎn)品，國內(nèi)外也僅有個別企業(yè)在試制設備，檢測機構(gòu)尚無相關(guān)測試能力。本文根據(jù)MT/T668-2019標準中有關(guān)輸送帶抗沖擊試驗方法的要求，研制了一套抗沖擊性能測試系統(tǒng)，對重錘抓取、提升和自由脫落等試驗裝置的關(guān)鍵部分進行設計，研制了一種高效的關(guān)節(jié)式重錘抓脫機構(gòu)及自動控制裝置。

2 原理

根據(jù)輸送帶抗沖擊性能原理的要求，重錘重量和落錘高度直接決定沖擊試驗中的沖擊能量。同時重錘自動抓取、提升及自動釋放是實現(xiàn)試驗裝置自動化的關(guān)鍵。原理如圖1所示。

人機界面發(fā)出重錘提升指令后，通過PLC控制系統(tǒng)，提升驅(qū)動機構(gòu)帶動關(guān)節(jié)抓手回原點，同時在關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)的作用下，實現(xiàn)對重錘的抓取;抓取后在提升驅(qū)動機構(gòu)的作用下，重錘被提升到設定高度。人機界面發(fā)出重錘釋放指令后，關(guān)節(jié)抓手在關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)的作用下，釋放重錘，重錘自由落下，實現(xiàn)對輸送帶試樣的沖擊。

3 具體機構(gòu)實現(xiàn)

本裝置是由重錘機構(gòu)、關(guān)節(jié)抓手機構(gòu)、關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)、繩輪機構(gòu)、提升驅(qū)動裝置及PLC控制系統(tǒng)組成。具體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

3.1 重錘機構(gòu)

重錘機構(gòu)包括重錘承架和重錘塊及沖擊頭組成，重錘由標準重錘塊組合而成，方便具體測試時進行重錘重量的調(diào)節(jié)。重錘承架采用框架開放結(jié)構(gòu)，重錘放置后，由螺柱緊固，以防止重錘塊在沖擊過程中脫出，框架上部設置倒錐形塊，方便被抓取。重錘承架底部連接沖擊頭，來實現(xiàn)對膠帶試樣的沖擊。

3.2 關(guān)節(jié)抓手機構(gòu)

關(guān)節(jié)抓手機構(gòu)采用連桿結(jié)構(gòu)，由抓手連桿和筋連桿及固定框架通過鉸接組成。抓手連桿單端固定在固定框架后，在筋連桿的作用下，抓手另一端可以實現(xiàn)抓取和張開。

3.3 關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)

關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)采用活塞氣缸及其供氣氣管回路組成，在氣管回路中設置汽水分離器和氣路換向控制閥，通過氣路換向控制閥可以實現(xiàn)活塞的伸長與縮回。氣缸活塞桿與關(guān)節(jié)抓手機構(gòu)的筋連桿連接，從而實現(xiàn)通過氣動換向閥來控制關(guān)節(jié)抓手的抓取與釋放。

3.4 繩輪機構(gòu)

繩輪機構(gòu)是與抓取機構(gòu)直接連接，由鋼絲繩、繩輪及卷筒組成，通過卷筒的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)對鋼絲繩的收放。采用繩輪機構(gòu)，不僅可以實現(xiàn)對抓取機構(gòu)和重錘塊的提升和回位，而且具有改向作用，方便驅(qū)動裝置布置。

3.5 提升驅(qū)動裝置

提升驅(qū)動裝置由伺服電機和行星輪減速器及聯(lián)軸器組成，與繩輪機構(gòu)卷筒直接相連，通過驅(qū)動卷筒旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)對鋼絲繩的收放，進而實現(xiàn)對抓取機構(gòu)和重錘機構(gòu)的提升和回位。為了實現(xiàn)提升高度隨機設置可控，本裝置采用帶絕對位置編碼器的伺服電機來驅(qū)動，提升高度通過伺服電機編碼來實現(xiàn)。

3.6 輔助導向機構(gòu)

輔助導向機構(gòu)采用高速導軌，重錘機構(gòu)和抓取機構(gòu)由高速導軌進行導向，方便實現(xiàn)準確定位抓取，同時可以實現(xiàn)重錘自由落下時定姿精準沖擊。

3.7 PLC控制系統(tǒng)

PLC控制系統(tǒng)由PLC、IO模塊及電源模塊組成，主要是控制關(guān)節(jié)驅(qū)動和提升驅(qū)動動作執(zhí)行，同時方便人機界面接口。在實際應用中，本系統(tǒng)并入試驗系統(tǒng)整機的PLC控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)試驗系統(tǒng)整體聯(lián)控。

4. 裝置應用、標定及測試

本裝置與輸送帶抗沖擊性能試驗裝置框架連接后，可以實現(xiàn)對輸送帶試樣進行抗沖擊性能測試。在裝置應用前，需要對伺服提升機構(gòu)進行提升高度標定，以實現(xiàn)精準提升。

提升機構(gòu)的標定采用軟件分段線性標定方法，通過伺服電機編碼轉(zhuǎn)換和提升高度實際度量，從而確定伺服電機轉(zhuǎn)數(shù)與提升高度的對應關(guān)系，標定點越多，精度越高。

在重錘重量為130～250kg（含框架）、提升高度為0～1.8m的實際應用中，根據(jù)卷筒和鋼絲繩尺寸，對提升高度全程進行了5點標定，重錘提升高度精度可達到0.05%，完全滿足試驗裝置精度要求。

選用不同的輸送帶產(chǎn)品和沖擊能量，測試穿刺和非穿刺狀態(tài)，從測試曲線和放大后的頂部曲線圖可以看出，系統(tǒng)能夠準確的進行沖擊性能的測試，曲線狀態(tài)能夠準確反應樣品的實際測試狀態(tài)，見圖3、圖4。

5. 結(jié)論

本裝置通過氣動執(zhí)行系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)的應用及關(guān)節(jié)抓手的研制，可以實現(xiàn)重錘抓取、提升、釋放和回位的自動執(zhí)行，試驗過程不需要人工參與。具有提升高度準確、沖擊能量可調(diào)、自動化程度高等特點。實踐表面，該裝置完全滿足試驗系統(tǒng)的要求。

參考文獻：

[1]MT/T 668-2019 《煤礦用鋼絲繩芯阻燃輸送帶》

作者簡介：

袁開良（1978—至今），男，漢族，上海人，工程師，從事礦用輸送帶、管材、非金屬制品、電纜檢測檢驗、設備開發(fā)和相關(guān)標準制修訂工作，現(xiàn)就職于上海煤科檢測技術(shù)有限公司。