王 大 維

（山西蘭花科創(chuàng)玉溪煤礦有限責(zé)任公司，山西 晉城 048000）

0 引 言

礦用帶式輸送機作為井下煤礦生產(chǎn)中的重要設(shè)備，較好的使用性能直接影響著煤礦的生產(chǎn)效率及井下作業(yè)安全。目前，由于井下環(huán)境惡劣、設(shè)備超負(fù)荷作業(yè)、運行時間過長等原因，導(dǎo)致礦用帶式輸送機在使用中出現(xiàn)各類運行故障，給煤礦企業(yè)的煤礦開采及經(jīng)濟收入造成了重大影響。掌握帶式輸送機使用程中的動態(tài)變化特性，對提高其設(shè)備的運行效率和安全型至關(guān)重要。因此，以帶式輸送機靜特性、動特性為理論基礎(chǔ)，通過分析其使用中存在問題，采用soliworks 和adams 軟件，建立了帶式輸送機的仿真模型，開展了其起動及制動時的加速度變化動態(tài)特性變化分析，由此掌握了其啟動及制動過程的加速度變化規(guī)律，這對提高礦用帶式輸送機的作業(yè)效率及安全具有重要意義。

1 帶式輸送機特性分析

1.1 靜特性分析

帶式輸送機在井下工作過程中，當(dāng)其達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)時，在較長工作時間范圍內(nèi)，其整個系統(tǒng)的波動性幾乎可認(rèn)定為恒定不變，在此狀態(tài)下，輸送帶的應(yīng)力、應(yīng)變幾乎恒定。由此，通過以下公式，可計算得出帶式輸送機上輸送帶在靜態(tài)狀態(tài)下的應(yīng)力、應(yīng)變值。

式中：E 為輸送帶靜態(tài)彈性模量，Ppa；ε 為輸送帶靜應(yīng)變；δ 為輸送帶靜應(yīng)力，Pa；F 為輸送帶外力作用力，kN；A 為輸送帶外界作用力下橫截面積，m2。

1.2 動特性分析

1.2.1 松弛特性

輸送機上的輸送帶在受到一個常量應(yīng)變值情況下，其上的應(yīng)力值會出現(xiàn)先迅速增加，再緩慢降低，并最終趨向于一個穩(wěn)定值，這導(dǎo)致了輸送帶上的應(yīng)力出現(xiàn)了松弛現(xiàn)象，其變化如圖1 所示。反應(yīng)了輸送帶在剛運動時所受應(yīng)力值將相對較大，后趨于穩(wěn)定變化。由此，反應(yīng)了輸送帶運動過程動態(tài)變化的過程。

圖1 輸送帶松弛特性變化曲線圖

1.2.2 動態(tài)特性

由于輸送帶在工作過程中，將受到來自不同方向、不同大小的外界載荷作用，由于外界拉力大小、頻率、作用力方向等變化，導(dǎo)致了輸送帶的彈性模量發(fā)生了變化，其關(guān)系圖如圖2 所示，最終使輸送帶發(fā)生形變，在其長時間運行過程中，將可能導(dǎo)致其發(fā)生運行故障，影響輸送機的工作安全。

圖2 輸送帶彈性模型與拉力關(guān)系圖

2 帶式輸送機使用中存在主要問題

由于輸送機在工作過程中，存在輸送距離較長，外界載荷作用變化較大、運行速度不斷變化等情況，這將導(dǎo)致其長時間運行過程中出現(xiàn)各項故障問題，影響著井下生產(chǎn)效率。使用過程中出現(xiàn)的主要問題：

1）輸送帶工作一段時間后，其整體磨損嚴(yán)重、松弛度無法調(diào)整，在運行時經(jīng)常出現(xiàn)漏煤、掉煤等現(xiàn)象；

2）輸送機整體性能不穩(wěn)定、可靠，經(jīng)常出現(xiàn)無法立即啟動，或啟動一段時間突然停止現(xiàn)象，對煤礦的輸送產(chǎn)生了重要影響；

3）輸送機在啟動時，由于受到外界較大載荷作用，其啟動加速度較大，導(dǎo)致輸送帶上的拉力在較短時間內(nèi)迅速增大，從而出現(xiàn)較大幅度的振動現(xiàn)象，大大降低了其運行穩(wěn)定性；

4）由于輸送機一些部件設(shè)計的不合理性，安全系統(tǒng)及冗余量設(shè)計過高，導(dǎo)致了輸送機產(chǎn)品整體結(jié)構(gòu)偏大，在產(chǎn)品生產(chǎn)成本投入及現(xiàn)場基礎(chǔ)建設(shè)等方面將出現(xiàn)較大經(jīng)濟投入。

3 帶式輸送機動態(tài)分析

3.1 動力學(xué)模型建立

3.1.1 三維模型建立

帶式輸送機的結(jié)構(gòu)部件相對較多，主要由v 型下托輥、驅(qū)動滾筒支架、中部傳動滾筒架、緩沖托輥、槽型托輥、輸送帶等部件組成。因此，根據(jù)其實際結(jié)構(gòu)尺寸，采用solidworks 軟件，通過建立輸送機上的關(guān)鍵零部件，并通過最終的裝配，建立了帶式輸送機的三維模型；同時，為避免非關(guān)鍵部件對后期分析結(jié)果的影響，將輸送機上的螺栓、定位銷、軸承等非關(guān)鍵部件進行了模型省略，建立經(jīng)簡化的帶式輸送機三維模型，如圖3 所示。

圖3 帶式輸送機三維模型

3.1.2 仿真模型建立

將建立的輸送機三維模型導(dǎo)入至adams 仿真軟件，對模型中滾筒軸、滾筒、托輥等部件之間進行了條件約束，如在滾筒軸與滾筒之間添加轉(zhuǎn)動副、在輸送帶與托輥之間添加接觸副等。同時，各零件的材料均設(shè)置為q345 材料。為模擬輸送帶的驅(qū)動、載荷等參數(shù)在不同工作環(huán)境及時間下的變化情況，采用了step分段函數(shù)，以此來設(shè)置輸送機不同時間段的不同變化函數(shù)。最后，通過對模型進行外界物體載荷、重力載荷等施加，完成了帶式輸送機仿真模型的建立，如圖4所示。

圖4 帶式輸送機仿真模型圖

3.2 仿真結(jié)果分析

3.2.1 啟動時加速度變化分析

通過開展帶式輸送機動態(tài)仿真分析，得到了帶式輸送機起動時加速度變化曲線圖，如圖5 所示。由圖可知，輸送機在啟動的瞬間，會產(chǎn)生較大的拉力，致使其加速度出現(xiàn)了急劇的增長；隨著設(shè)備的運行，其受到驅(qū)動力、摩擦阻力、膠帶伸長的彈性力等阻力也逐漸增大，當(dāng)驅(qū)動力與阻力之間的合力最大時，輸送機的加速度達(dá)到最大值，并在一段時間范圍內(nèi)呈穩(wěn)定不變的變化趨勢；隨著輸送機運行速度的逐漸增大，其驅(qū)動力與阻力之間將會達(dá)到動態(tài)平衡，其合力將呈現(xiàn)逐漸減小趨勢，輸送機的加速度減小至最小值，此現(xiàn)象與帶式輸送機加速度的實際變化趨勢基本吻合。由此，掌握了帶式輸送機起動過程的加速度動態(tài)變化規(guī)律，并得到在輸送機起動前期，輸送帶及其他部件更容易發(fā)生運行故障，要求其性能需首先滿足此階段的使用需要。

圖5 輸送機起動時加速度變化曲線

3.2.2 制動時加速度變化分析

通過仿真分析，得到了帶式輸送機制動時的加速度變化曲線圖，如圖6 所示。由圖可知，當(dāng)給輸送機突然施加較大的恒定制動力矩時，其制動加速度由零急速增大，并在制動力作用下，呈恒定的變化趨勢，在30s 左右時，制動加速度急速下降，表明此時完成了輸送機的整個制動過程；之后，由于輸送帶松邊和緊邊之間存在一定的互換性，在慣性力的作用下，產(chǎn)生了加速度為正、負(fù)往復(fù)振動變化的情況，最后隨著能量的逐漸減小，制動加速度也逐漸減小至零。此過程與輸送機制動過程中實際加速度的變化情況基本吻合。由此，掌握了帶式輸送機在制動過程的加速度變化趨勢，同時，在輸送機制動初期，輸送帶及其他部件將受到較大的外界作用，其部件性能需滿足制動初期是使用需求，以此來保證帶式輸送機的制動安全。

4 結(jié) 論

掌握礦用帶式輸送機使用過程中的動態(tài)變化規(guī)律，對提高其設(shè)備的運行效率和安全性至關(guān)重要。因此，以帶式輸送機靜特性、動特性為理論基礎(chǔ)，通過分析其使用過程中存在問題，采用soliworks 和adams軟件，建立了帶式輸送機的仿真模型，開展了其起動及制動時的加速度變化動態(tài)特性變化分析，結(jié)果表明，在輸送機起動及制動初期，對其設(shè)備的內(nèi)部部件具有更高的使用性能要求，以此來保證輸送機的正常工作，由此掌握了其啟動及制動過程的加速度變化規(guī)律，這對加強帶式輸送機使用性能的提升、保障井下作業(yè)安全具有重要的指導(dǎo)意義。