带式输送机启动不打滑的动态特性研究与应用.docx

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带式输送机启动不打滑的动态特性研究与应用

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摘要：目前,带式输送机已广泛用于冶金、矿山、港口、电站等众多工业领域,随着带式输送机向长距离、高带速、大运量和大功率方向发展，其动态特性也越来越明显，已成为研究的热点问题，研究动态过程的动力学分析方法越来越成为研究的主流，国外及国内对其都相当重视。

关键词:带式输送机;黏弹性动力学模型;启动打滑;动张力;张紧力

启动打滑是带式输送机失效的主要形式，也是生产中经常发生的一种事故，处理不好，轻则造成运输系统中断，影响生产;重则导致输送带着火，烧毁输送带，甚至造成人员窒息死亡，给整个煤矿生产带来不可估量的损失。在带式输送机启动不打滑理论分析方法中，输送带动张力的计算通常是在采用带式输送机刚体动力学模型的基础上得出的，但由于输送带是黏弹性体，在带式输送机加速时会产生黏弹性振动，实际动张力比按刚体动力学模型计算的动张力要大，即输送带内部的动张力不能被精确计算，因此按此模型计算出的带式输送机启动所需张

紧力通常不准确，输送机在实际使用中仍然会发生启动打滑事故。

一、带式输送机动态分析方法的发展

1.输送带模型。（1）刚体模型。上世纪60年代，前苏联学者首先开始研究带式输送机的动力学问题，由于当时的工业装备技术水平有限，前苏联的研究工作主要集中在对简化的力学模型进行解析求解，其后形成了一种叫刚体动力学方法。即将整个带式输送机简化为一个刚性体，将所有质量都变位到驱动滚筒圆周上，用牛顿第二定律可以计算出任意时刻输送带的位移、速度、加速度以及动张力。这种带式输送机设计方法也将输送带看做刚体进行动力学分析，认为输送带各点同时加、减速，这种分析方法对于小运量、短距离的带式输送机在过去是可以满足工程设计所要求的精度的。（2）弹性体模型。澳大利亚博士研究形成了一种弹性体波动力学法。把输送带看成是一个弹性体，列出其运动的微分方程，再根据边界条件求解方程得出速度、加速度、动张力等。这种方法比用刚体动力学方法更接近实际，特别是在定性分析时比数值分析方法更为直观。但由于受带式输送机本身线路、结构条件限制，边界条件的确定非常复杂，波动方程的解析有时很难求得。又同时提出一种用于分布质量和弹性及具体边界条件的长距离输送带纵向振动问题的封闭形式的分析方法。（3）粘弹性体模型。把输送带的力学特性考虑到其动力学模型中，使输送带的研究从传统的弹性体模型过渡到粘弹性模型。有Maxwell和Voigt两种模型，Maxwell模型是一个弹簧和一个阻尼器串联的模型。能反应输送带的松弛特性；Vogit模型是一个弹簧和一个阻尼器并联的模型。这是一种蠕变模型，它可以反应输送带的蠕变响应。由于上述两种模型不能用于描述粘弹性体的一般行为，即不计描述其应力松弛行为，又不能描述其蠕变行为。在Vogit模型基础上给出输送带的四参数模型，如图此模型输送带粘弹

性模型的精度又提高了一步。复杂的模型组合可使模型对输送带的模拟更加精确。但是，复杂模型会使微分方程变得复杂，也使方程中的参数增多。因此，与其把模型描述的更加复杂，不如在近似模型中得到相对准确的参数。四参数模型能够较好模拟输送带粘弹特性，但元件参数测定较难，目前还没有成熟的方法和测试仪器。而Vogit模型比Maxwell模型更实用些，虽然Vogit模型不能反映输送带的松弛特性，但是对于长距离带式输送机来说，都具有自动拉紧功能，松弛性可以不加考虑。另外，对于输送带动态特性的研究主要是在起制动阶段，这时主要是动态效应。因此就目前的测试条件，Vogit模型是一种比较合理的模型。

2.其它部件动态分析模型研究。重力张紧装置对带式输送机动态特性的影响。一种新的带式输送机液压自动拉紧系统，应用matlab／simulink对液压自动拉紧系统的自动控制性能进行分析。又建立带式输送机托辊的不同模型，通过计算机对其上的载荷进行分析，证明了在轴承中的阻尼元件可以有效的减小动态载荷。曲辉等分析了各驱动单元的张力关系，分散驱动单元的总驱动力以及分散驱动单元的数目，得到了驱动单元间距的数学表达式，为T型带式输送机的进一步计算提供了理论依据。设计了开关磁阻电机驱动系统模型(SRD)，对110kW，12／8SRM样机进行的仿真研究和实验，结果表明开关磁阻电机应用于煤矿输送机的可行性。开发了具有闭环控制的驱动装置仿真模块，采用PID控制器对输送机启动过程进行控制，得出电动机的输送扭矩和转速随负载力矩和时间而变化的规律。

二、输送带软启动过程中的动张力及加速度响应计算

1.软启动设备控制加速度计算。传统带式输送机选择液力偶合器进行软启动，其启动过程中输送带的冲击应力波很大，产生较大的动张力。为了减小输送带启动时的动张力，国内外在带式输送机设计中采用