刘志鹏 杨敏 李成立

摘要：指出了垂直重锤拉紧装置在带式输送机中有着广泛的应用，近年来随着重锤高度不断加高，为了防止重锤在紧急情况下下坠冲击楼板，拉紧防坠装置开始得到应用。对几种重锤拉紧装置防坠装置进行了分析，并提出了一种新型重锤拉紧防坠装置的设计方案。以供参考。

关键词：带式输送机;垂直重锤拉紧;防坠

中图分类号：TD528 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）22-0216-03

1 概述

拉紧装置是保证带式输送机正常运转必不可少的重要部件，中部重锤式拉紧装置是结构简单、应用最广泛的拉紧装置，近年来随着带式输送机向着大带宽、高带速、大运量方向发展，许多重锤箱的质量往往有几顿甚至十几吨。悬挂高度一般为几米高，甚至十几米高。由于胶带机高负荷运转和一些意外因素，如金属物卡阻胶带，会造成胶带的突然断裂，重锤如布置在室内，此时将直接下落冲击楼板或基础，极有可能导致楼板塌陷，并威胁到现场人员的安全，造成不可挽回的损失，后果极其严重。因此重锤拉紧防坠装置开始得到应用，本文试对几种重锤拉紧装置进行分析[1～5]，并设计一种新型重锤拉紧防坠装置。

2 现有重锤拉紧装置分析

目前笔者了解到的重锤缓冲装置共两种，一种是在重锤拉紧装置下设置弹簧组，二是如文献[1]中所记载的依靠横拉钢丝绳进行缓冲的柔性重锤缓冲装置。根据能量守恒定理及胡克定理，重锤箱从一定高度下落到一个弹性体上，公式为：

式（1）中：m为重锤箱的质量;h为重锤箱到地面距离;x为缓冲距离;k为弹性系统的弹性系数。

当采用重锤拉紧装置下设置弹簧组的缓冲方法时，重锤碰撞缓冲装置，缓冲装置产生对重锤的阻力使其减速，同时由于作用力和反作用力的原理，弹簧组亦对地面产生了作用力。公式为：

F=mv/t（2）

式（2）中：m为重锤箱的质量;二为重锤箱与重锤接触的速度;t为接触的时间。

此时，希望弹簧组对地面产生了作用力要尽量小，即F要尽量小而mv已经固定，唯一的办法就是要加长接触时间，即延长弹簧组的长度，在重锤较重，较高的时候弹簧要做的很长才有实际的效果。

文献[1]中所记载的依靠横拉钢丝绳进行缓冲的柔性重锤缓冲装置，当发生重锤箱下落事故时，重锤箱直接落到编成网状的钢丝绳网上，由于钢丝绳的两端固定在装有扭簧的摆臂上，随着重物的下落，钢丝绳拉动两侧摆臂使其绕心轴转动，摆臂牵引双扭弹簧发生扭转变形，从而吸收能量达到缓冲目的。其主要目的在于锤箱下落的大部分冲力转换为横向力。从而使得下方楼板不受冲击。

钢丝绳所受最大横向冲击力为：

F=kx（3）

其中k根据文献一计算方法为：

式（4）中，D为弹簧中径;x为扭转弹簧的刚度;n为弹簧有效圈数;E为弹性材料的弹性模量;l₁、l₂为扭臂长度;d为材料直径。

可见弹簧k值与E值成正比，但由于此种方式只能放下相对的两组扭簧，扭簧的数量是有限的且扭簧的扭转角相当于式（3）中的X值不会很大，在重锤较重，较高的时候扭簧的刚度要很大，目前用于扭簧的制作材料，似乎无法提供所需要的弹性模量，因此这种缓冲装置在实际应用中有机体本身损坏的可能。

综上所述，在重锤下落已经快到地面时再进行缓冲的办法，由于重锤具有的能量很大，应当不是一种好方法。唯有在重锤发生意外的瞬间即完成对重锤的抱死，才具有更高的成功率，才能避免下层楼板被砸坏的危险。

3 速差防坠器原理介绍

图1所示的速差防坠器是利用物体下坠速度差进行自控，高挂低用。使用时将钢丝绳上的铁钩挂人重物即可使用。正常使用时，安全钢丝绳将随重物自由伸缩。在器内机构作用下，处半紧张状态，重物可自由上下运动不受限制。万一发生意外坠落，安全绳拉出速度明显加快，器内锁止系统即自动锁止。使安全绳拉出距离不超过0.2m，即完成了对重物的抱死。在下坠负荷解除即自动恢复工作。此种防坠器在下落瞬间即完成了对重物的抱死，使得承担的垂直力小，且已经是成熟产品，广泛应用于人员高空作业、电梯等的安全防护工作。

4 新型重锤拉紧防坠装置设计简述

图2所示的新型重锤拉紧防坠装置，包括固定底座100安装在垂直重锤拉紧装置上层楼面上。

件200是速差防坠器，在底座上一边各有一个。其一端连接在底座上，其本身外壳亦与底座固结，其另一端即是引出的钢丝绳件700（图3）。速差防坠装置内有棘轮，起到了超速抱死的功能。

件300是扭簧及其支座，图3一端采用了两个扭簧，一套系统上共4个扭簧，件600是一根穿过扭簧的钢管，其存在的目的是保证一端的两个扭簧动作同步。

当新型重锤拉紧防坠装置不工作时，钢丝绳500在两侧扭簧力的作用下保持水平同时两根件500之间有一个固结的环件400，两根件700钢丝绳分别穿过件400连接到重锤上，在两根件500作用下，钢丝绳700上部亦保持水平。当胶带发生断裂，重锤开始下坠，速差防坠器内的棘轮抱死，钢丝绳不再伸长，连接扭簧的钢丝绳500开始承重，扭簧被壓缩，水平钢丝绳变得有一个角度（图4），由于角度较小，整个系统主要只受相互抵消的两个水平力，对其接触的楼板的垂直作用力小。完成了重锤意外下坠时的安全保护。

5 新型重锤拉紧防坠装置简略计算

以下试对设计的新型重锤拉紧防坠装置进行简略计算，以文献[2]手册中1400mm带宽带式输送机所用最重为63kN力重锤为例，根据式（4）：

笔者设计的重锤拉紧防坠装置每套重锤需要采用两套，每套每边3组钢丝绳，合每个扭簧受5.25kN的重锤重及其产生的下坠冲击。设速差防坠器在下坠200mm后进行了抱死，抱死后，重锤下拉钢丝绳又产生了200mm位移，那么根据式（1）：

由以上计算可知在采用常规钢材的情况下，采用10mm粗的材料制造扭簧，应用于带宽为1400mm的带式输送机垂直重锤拉紧装置上方，由文献[2]可知重锤开孔宽度为总1950mm，即单边宽度为975mm。重锤被抱死后又下拉钢丝绳产生的200mm位移，夹角为11.6°，这是一般扭簧能扭转的角度，而此时从能量守恒定律上来看，系统仍有较大的冗余量。

参考文献：

[1]王旭东，董慧鑫，李成军.柔性重锤缓冲装置[J].起重运输机械，2008（12）：22～23.

[2]机械工业部北京起重运输机械研究所.DTⅡ型固定式带式输送机设计选用手册[M].北京：冶金工业出版社，1994.

[3]张尊敬.DTⅡ（A）型带式输送机设计选用手册[M].北京：冶金工业出版社，2003.

[4]宋伟钢.散状物料带式输送机设计[M].沈阳：东北大学出版社，2000.

[5]宋伟钢.通用带式输送机设计[M].北京：机械工业出版社，2006.

[6]闻邦椿.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2004.

收稿日期：2019-10-30

作者简介：刘志鹏（1990-），男，助理工程师，主要从事带式输送机设计相关工作。