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摘要：膠帶運輸機是煤礦運輸系統核心設備，為保證運輸系統安全可靠地運行，必須有效解決膠帶運輸機易出現、難處理的斷帶問題。提出一種膠帶斷帶捕捉器的液壓系統設計方案，主要針對捕捉器的液壓系統主要選件進行分析，并采用MATLAB的可視化仿真模擬軟件Simulink對該捕捉器系統參數進行模擬仿真，仿真結果表明：該捕捉器能夠有效處理膠帶運輸機的斷帶事故，避免事故影響擴大。
關鍵詞：膠帶運輸機；斷帶捕捉器；MATLAB模擬分析；Simulink
可視化仿真平臺煤礦企業在日常生產中，無論是煤炭運輸還是物料運輸都離不開膠帶運輸機。而在大傾角、重負荷、長距離的上山普通型或強力型膠帶運輸機運行時，常因膠帶復雜的受力因素而導致膠帶撕裂或斷帶現象[1-2]，從而影響礦井的安全高效生產。為進一步控制因膠帶斷帶事故造成的影響，膠帶運輸機斷帶捕捉器是最常用的手段。斷帶捕捉器是利用膠帶運輸機帶斷后沿傾斜方向下滑產生的摩擦力為驅動源，對膠帶所有可能出現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按照相關標準及規范設計時，在實際應用中存在一定不足。本文提出一種斷帶捕捉器液壓系統的設計方案，并采用MATLAB的可視化仿真模擬軟件Simulink進行仿真模擬。
1斷帶捕捉器設計方案
1.1液壓系統設計原理。斷帶捕捉器的液壓系統在膠帶運輸機運行狀態下，由傳感器對其進行實時監控，當膠帶出現撕裂斷開時，保證液壓系統在傳感器發出信號的2s內做出反應，由液壓缸進行制動操作，斷帶捕捉器完成對斷裂膠帶的捕捉。由于膠帶運輸機具備兩個方向的運輸能力，斷帶捕捉器的液壓系統也要配備兩套換向閥來保證捕捉器具備兩個方向的斷帶捕捉能力[4]。
1.2液壓系統設計方案。為滿足斷帶捕捉器兩個方向斷帶捕捉的需求，液壓系統的換向操控采用雙換向閥設計。斷帶捕捉器液壓系統結構設計可見圖1。膠帶運輸機在運行過程中，膠帶兩端受張力影響，在斷裂時十分迅速，使用普通換向閥的液壓系統無法達到2s內完成制動過程的需求，因此本次設計選用反應時間為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液壓系統零部件選配。為能夠契合液壓系統的設計，使斷帶捕捉器的性能達到預期效果，因此對液壓系統所需要的零部件進行了研究篩選，經分析研究，決定采用的液壓系統零部件型號及參數詳見表1。
2斷帶捕捉器液壓系統仿真模擬
2.1仿真模擬設計。本次仿真模擬將采用MATLAB的可視化仿真模擬軟件Simulink進行，首先采用液壓缸、蓄能器的流量及壓力數值作為模型的數學基礎；然后按型號參數設定液壓系統內關鍵部件的模擬數值，電磁換向閥模擬數值設定為在0~3s內的位移量為5mm，3.06s至模擬完成的位移量為-5mm。模型建立及常數設定完成后，開始對液壓系統設計進行仿真模擬。
2.2效果分析。2.2.1液壓缸活塞位移仿真效果分析根據建立的數學模型及設定的常數，對液壓系統內液壓缸的仿真模擬數據進行了分析，結果見圖2。圖2-1內，模擬膠帶運輸機在運行狀態下，0s時斷帶，液壓缸活塞位移量為0.3m，位移時間為1.3s；圖2-2內，液壓缸活塞位移量為0.45m，位移時間為1.75s。3.06s時向電磁換向閥進行反向供電，圖2-1內，液壓缸活塞在4s時完成收回動作，耗時0.94s；圖2-2內，液壓缸活塞在4.3s時完成收回動作，耗時1.24s。模擬結果表明，兩部液壓缸均在2s時間內完成了活塞位移，斷帶捕捉器完成了對斷裂膠帶的捕捉動作，達到了斷帶捕捉器的設計要求。2.2.2液壓缸流量仿真效果分析根據建立的數學模型及設定的常數，對液壓系統內液壓缸的進油口流量仿真模擬數據進行了分析，結果見圖3。圖3內，1#液壓缸在膠帶運輸機膠帶斷裂時壓入液壓油，進油口流量130L/min，斷帶捕捉器在液壓缸活塞0~1.3s的位移時間內完成斷帶捕捉動作；捕捉器完成斷帶捕捉后，換向閥處于中位機狀態，進油口關閉，不再壓入液壓油；1#液壓缸活塞到位后完成斷帶捕捉動作，電磁換向閥轉換進油口，活塞開始復位，液壓缸進油口流量此時為-130L/min；電磁換向閥處于中位機狀態，3.06s后，液壓缸活塞完成復位，進油口關閉，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，活塞位移時間在0~1.7s內，液壓缸進油口流量值為141L/min，斷帶捕捉器完成斷帶捕捉動作，4.3s后，液壓缸完成活塞復位，進油口關閉不再壓入液壓油。
3結語
煤礦企業在生產過程中，膠帶運輸機是物料、設備、煤炭運輸的核心設施，影響著礦井的生產進度和采掘接替。膠帶運輸機因長期運行，膠帶出現疲勞，再加上張力變化或超載，常在膠帶運輸機運行狀態下出現膠帶斷帶事故，對礦井的安全生產造成安全隱患。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進行了方案設計，并進行模擬仿真，仿真結果表明該設計可以在2s內完成對斷裂膠帶的捕捉，極大地提高了膠帶運輸機的可靠性和穩定性。對煤礦的安全生產有著重要意義。
作者:劉偉樑 單位:霍州煤電集團云廈建筑工程有限公司白龍礦建分公司