输送带抗冲击性能测试系统用提升装置的研制

摘  要：通过对输送带抗冲击性能测试系统重锤提升和抓脱特性的分析，研制了一种关节式重锤抓脱机构及自动控制装置，该装置可以实现对试验装置重锤的精准抓取和提升控制，具有抓取平稳，测量精度高，操作自动化程度高等特点。实践表明，该装置完全满足输送带抗冲击性能测试系统的功能和精度要求。

关键词：输送带、抗冲击性能、试验装置

1 引言

随着国内采矿、水泥和化工等行业的快速发展，现代带式输送机正向长距离、大运量、高速高效和多功能化方向发展，输送带作业条件日趋复杂和苛刻。在矿山开采作业中，由于物料大小不均匀且落差较大，物料对输送带的冲击能量非常大，极易造成带体划伤甚至撕裂。

输送带在煤矿、铁矿、码头、水泥厂等诸多有输送系统需求的领域都是最重要的运载部件。这些场合除了对输送带的安全性能重视之外，对产品的抗冲击、抗撕裂等物性要求也越来越重视。在国内国外的输送带产品中，纬向加强型（纤维结构、钢丝绳结构或增强网结构）输送带应运而生且运用逐步增多。

好的抗冲击产品一方面能够提高产品的使用运行寿命，另一方面也能够很大程度上避免冲击物料造成输送带破坏后带来的经济损失和设备、人员的安全事故。实际的应用中，供需方也已经提出了相关结构的产品要求，但标准和检测装备能力支撑不足，因此抗冲击性能测试系统的建立可为该类产品相关冲击破坏造成的事故提供分析的技术手段，还能对同类产品的安全监督和安全准入提供有力的技术支撑，防止和减少设备的安全事故，促进我国输送带类产品安全技术水平的提高。但目前输送带抗冲击性能试验系统没有标准化产品，国内外也仅有个别企业在试制设备，检测机构尚无相关测试能力。本文根据MT/T668-2019标准中有关输送带抗冲击试验方法的要求，研制了一套抗冲击性能测试系统，对重锤抓取、提升和自由脱落等试验装置的关键部分进行设计，研制了一种高效的关节式重锤抓脱机构及自动控制装置。

2 原理

根据输送带抗冲击性能原理的要求，重锤重量和落锤高度直接决定冲击试验中的冲击能量。同时重锤自动抓取、提升及自动释放是实现试验装置自动化的关键。原理如图1所示。

人机界面发出重锤提升指令后，通过PLC控制系统，提升驱动机构带动关节抓手回原点，同时在关节驱动机构的作用下，实现对重锤的抓取;抓取后在提升驱动机构的作用下，重锤被提升到设定高度。人机界面发出重锤释放指令后，关节抓手在关节驱动机构的作用下，释放重锤，重锤自由落下，实现对输送带试样的冲击。

3 具体机构实现

本装置是由重锤机构、关节抓手机构、关节驱动机构、绳轮机构、提升驱动装置及PLC控制系统组成。具体结构图如图2所示。

3.1 重锤机构

重锤机构包括重锤承架和重锤块及冲击头组成，重锤由标准重锤块组合而成，方便具体测试时进行重锤重量的调节。重锤承架采用框架开放结构，重锤放置后，由螺柱紧固，以防止重锤块在冲击过程中脱出，框架上部设置倒锥形块，方便被抓取。重锤承架底部连接冲击头，来实现对胶带试样的冲击。

3.2 关节抓手机构

关节抓手机构采用连杆结构，由抓手连杆和筋连杆及固定框架通过铰接组成。抓手连杆单端固定在固定框架后，在筋连杆的作用下，抓手另一端可以实现抓取和张开。

3.3 关节驱动机构

关节驱动机构采用活塞气缸及其供气气管回路组成，在气管回路中设置汽水分离器和气路换向控制阀，通过气路换向控制阀可以实现活塞的伸长与缩回。气缸活塞杆与关节抓手机构的筋连杆连接，从而实现通过气动换向阀来控制关节抓手的抓取与释放。

3.4 绳轮机构

绳轮机构是与抓取机构直接连接，由钢丝绳、绳轮及卷筒组成，通过卷筒的转动实现对钢丝绳的收放。采用繩轮机构，不仅可以实现对抓取机构和重锤块的提升和回位，而且具有改向作用，方便驱动装置布置。

3.5 提升驱动装置

提升驱动装置由伺服电机和行星轮减速器及联轴器组成，与绳轮机构卷筒直接相连，通过驱动卷筒旋转来实现对钢丝绳的收放，进而实现对抓取机构和重锤机构的提升和回位。为了实现提升高度随机设置可控，本装置采用带绝对位置编码器的伺服电机来驱动，提升高度通过伺服电机编码来实现。

3.6 辅助导向机构

辅助导向机构采用高速导轨，重锤机构和抓取机构由高速导轨进行导向，方便实现准确定位抓取，同时可以实现重锤自由落下时定姿精准冲击。

3.7 PLC控制系统

PLC控制系统由PLC、IO模块及电源模块组成，主要是控制关节驱动和提升驱动动作执行，同时方便人机界面接口。在实际应用中，本系统并入试验系统整机的PLC控制系统，从而实现试验系统整体联控。

4. 装置应用、标定及测试

本装置与输送带抗冲击性能试验装置框架连接后，可以实现对输送带试样进行抗冲击性能测试。在装置应用前，需要对伺服提升机构进行提升高度标定，以实现精准提升。

提升机构的标定采用软件分段线性标定方法，通过伺服电机编码转换和提升高度实际度量，从而确定伺服电机转数与提升高度的对应关系，标定点越多，精度越高。

在重锤重量为130～250kg（含框架）、提升高度为0～1.8m的实际应用中，根据卷筒和钢丝绳尺寸，对提升高度全程进行了5点标定，重锤提升高度精度可达到0.05%，完全满足试验装置精度要求。

选用不同的输送带产品和冲击能量，测试穿刺和非穿刺状态，从测试曲线和放大后的顶部曲线图可以看出，系统能够准确的进行冲击性能的测试，曲线状态能够准确反应样品的实际测试状态，见图3、图4。

5. 结论

本装置通过气动执行系统和伺服系统的应用及关节抓手的研制，可以实现重锤抓取、提升、释放和回位的自动执行，试验过程不需要人工参与。具有提升高度准确、冲击能量可调、自动化程度高等特点。实践表面，该装置完全满足试验系统的要求。

参考文献：

[1]MT/T 668-2019 《煤矿用钢丝绳芯阻燃输送带》

作者简介：

袁开良（1978—至今），男，汉族，上海人，工程师，从事矿用输送带、管材、非金属制品、电缆检测检验、设备开发和相关标准制修订工作，现就职于上海煤科检测技术有限公司。