不同张紧方式下带式输送机的动态特性分析

2020-04-12秦岩

机械管理开发 2020年12期

秦岩

（忻州神达栖凤煤业有限公司，山西忻州036700）

引言

作为煤矿上应用最为广泛的物料输送设备，带式输送机工作时的稳定性直接关系着煤矿上物料输送的效率和安全性，由于输送带的黏弹性特性，输送机在启动和运行过程中需要维持一定的张力才能够确保输送带和驱动滚筒之间有足够的摩擦力，同时张紧装置还起着平衡输送带在运行过程中的动张力、防止输送带跑偏的作用。目前应用较多的输送带的张紧方式包括液压张紧方式、固定式张紧方式及重锤式张紧方式等，各种张紧方式对输送机在启动过程中的动态特性的影响具有较大的差别，因此本文对不同张紧方式下输送带的启动特性进行研究。

1 现有张紧方式及原理

目前煤矿带式输送机所常用的张紧方式主要包括自动液压绞车张紧装置、重锤式张紧装置以及永固式张紧装置，各张紧装置的工作原理总结如下[1]：

1）自动液压绞车张紧装置。该张紧装置主要包括张力小车、液压控制系统、执行油缸、张力监测系统等，通过对输送带内的张紧力的自动监控，判断需要对输送带的调整形式，将判断结果传递给液压控制系统，控制执行油缸动作，通过张力小车实现对输送带松弛度的调整。

2）重锤式张紧装置。重锤式张紧装置主要包括配重块、机架、改向滚筒及缓冲器等构成，主要是利用下侧的配重装置来对输送带的松弛度进行调整的，整体结构简单，但由于配重块的质量是固定的，因此只能确保输送带处于一种张紧状态。

3）永固式张紧装置又叫固定式张紧装置，该类型的张紧装置主要包括电动/手动绞车等，其能够在带式输送及静止时来调整输送带的松紧度，而当输送机在运行时则无法进行调整，主要适用在倾角较小的输送机系统上。

2 输送带分析模型的建模及边界条件设置

根据带式输送机所应用的输送带所具有的黏弹性特性，在对不同张紧装置对其动态特性的影响进行分析时，以输送带的K_V模型[2]作为输送带的动力学分析模型，利用adams仿真分析软件分别建立带式输送机工作时的输送带部分、张紧部分和动力驱动部分的离散分析模型，对该动力学模型进行边界条件设置时，以煤矿上普遍使用的典型带式输送机系统为研究对象，设置其全长为1 200 m，输送带稳定运行时的带速为3.5 m/s，输送带的单位长度的质量为40 kg/m，输送机启动时的启动特性曲线按照S曲线进行设置，输送带和驱动滚筒之间的摩擦系数设为0.03，重锤式输送机系统的动力学模型如图1所示[3]。

图1 重锤式带式输送机动力学模型

3 带式输送机动态特性的仿真分析

以所建立的带式输送机的动力学模型为基础，分别对其张紧方式模不同下的动态特性进行研究。

3.1 张力的仿真

输送机在驱动滚筒位置的张力分布曲线如下页图2所示。

由仿真分析结果可知，当采用重锤式张紧方式和固定式张紧方式的情况下，带式输送机在开始启动后均会出现一个较大的波动，输送带的最大张力可达187 kN，且张紧力的波动频繁。当采用自动液压绞车张紧方式的情况下，输送机在启动时的最大张力约为176 kN，而且张力变化时的幅度较小，张紧力的基本上无波动，稳定性要高于重锤式张紧方式和固定时张紧方式，而且启动过程中的动张力也小于前两者。

图2 不同张紧方式下的输送带张力变化情况

3.2 加速度的仿真

不同张紧方式下张紧小车处的加速度变化曲线，如图3所示。

图3 不同张紧方式下的张紧小车处加速度变化曲线

由仿真分析结果可知，当在启动时，由于输送带的黏弹性特性[4]使各类型的张紧装置均无法及时进行响应，因此导致了张紧力的迅速降低。液压自动张紧由于采用了张力监测系统，因此能够最快的对张力变化情况进行分析，重锤张紧和固定式张紧只有当张力传播到固定位置时才会进行相应的反应，因此响应速度相对滞后，而且在输送带黏弹性特性下输送机固定张紧和重锤张紧只能随着输送带的波动而波动，其加速度变化范围可达±0.03 m/s2，液压自动张紧方式的加速度变化范围在±0.007 m/s2，平稳性远高于重锤张紧和固定式张紧。