輸送帶抗沖擊性能測試系統用提升裝置的研制

摘? 要：通過對輸送帶抗沖擊性能測試系統重錘提升和抓脫特性的分析，研制了一種關節式重錘抓脫機構及自動控制裝置，該裝置可以實現對試驗裝置重錘的精準抓取和提升控制，具有抓取平穩，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的功能和精度要求。

關鍵詞：輸送帶、抗沖擊性能、試驗裝置

1 引言

隨著國內采礦、水泥和化工等行業的快速發展，現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展，輸送帶作業條件日趨復雜和苛刻。在礦山開采作業中，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需求的領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，對產品的抗沖擊、抗撕裂等物性要求也越來越重視。在國內國外的輸送帶產品中，緯向加強型（纖維結構、鋼絲繩結構或增強網結構）輸送帶應運而生且運用逐步增多。

好的抗沖擊產品一方面能夠提高產品的使用運行壽命，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，供需方也已經提出了相關結構的產品要求，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的建立可為該類產品相關沖擊破壞造成的事故提供分析的技術手段，還能對同類產品的安全監督和安全準入提供有力的技術支撐，防止和減少設備的安全事故，促進我國輸送帶類產品安全技術水平的提高。但目前輸送帶抗沖擊性能試驗系統沒有標準化產品，國內外也僅有個別企業在試制設備，檢測機構尚無相關測試能力。本文根據MT/T668-2019標準中有關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，對重錘抓取、提升和自由脫落等試驗裝置的關鍵部分進行設計，研制了一種高效的關節式重錘抓脫機構及自動控制裝置。

2 原理

根據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試驗裝置自動化的關鍵。原理如圖1所示。

人機界面發出重錘提升指令后，通過PLC控制系統，提升驅動機構帶動關節抓手回原點，同時在關節驅動機構的作用下，實現對重錘的抓取;抓取后在提升驅動機構的作用下，重錘被提升到設定高度。人機界面發出重錘釋放指令后，關節抓手在關節驅動機構的作用下，釋放重錘，重錘自由落下，實現對輸送帶試樣的沖擊。

3 具體機構實現

本裝置是由重錘機構、關節抓手機構、關節驅動機構、繩輪機構、提升驅動裝置及PLC控制系統組成。具體結構圖如圖2所示。

3.1 重錘機構

重錘機構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節。重錘承架采用框架開放結構，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，來實現對膠帶試樣的沖擊。

3.2 關節抓手機構

關節抓手機構采用連桿結構，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抓取和張開。

3.3 關節驅動機構

關節驅動機構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活塞的伸長與縮回。氣缸活塞桿與關節抓手機構的筋連桿連接，從而實現通過氣動換向閥來控制關節抓手的抓取與釋放。

3.4 繩輪機構

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

3.5 提升驅動裝置

提升驅動裝置由伺服電機和行星輪減速器及聯軸器組成，與繩輪機構卷筒直接相連，通過驅動卷筒旋轉來實現對鋼絲繩的收放，進而實現對抓取機構和重錘機構的提升和回位。為了實現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動，提升高度通過伺服電機編碼來實現。

3.6 輔助導向機構

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

3.7 PLC控制系統

PLC控制系統由PLC、IO模塊及電源模塊組成，主要是控制關節驅動和提升驅動動作執行，同時方便人機界面接口。在實際應用中，本系統并入試驗系統整機的PLC控制系統，從而實現試驗系統整體聯控。

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進行提升高度標定，以實現精準提升。

提升機構的標定采用軟件分段線性標定方法，通過伺服電機編碼轉換和提升高度實際度量，從而確定伺服電機轉數與提升高度的對應關系，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品和沖擊能量，測試穿刺和非穿刺狀態，從測試曲線和放大后的頂部曲線圖可以看出，系統能夠準確的進行沖擊性能的測試，曲線狀態能夠準確反應樣品的實際測試狀態，見圖3、圖4。

5. 結論

本裝置通過氣動執行系統和伺服系統的應用及關節抓手的研制，可以實現重錘抓取、提升、釋放和回位的自動執行，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、自動化程度高等特點。實踐表面，該裝置完全滿足試驗系統的要求。

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、設備開發和相關標準制修訂工作，現就職于上海煤科檢測技術有限公司。