带式输送机启动过程的优化设计.pdf

2 0 0 4年第 1 期 煤 矿 机 械 ， 7 文章编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 4 1 0 1 0 0 O 7 0 3 带式输送机起动过程的优化设计 陈 艳 西安科技大学 机械工程学 院，陕西 西安 7 1 0 0 5 4 摘 要主要介绍了起动过程 中输送带动应力的危害及其影响因素 。 建立带式输送机的优化 设计数 学模型 ， 并进行 了实例计算， 优化结果表明 该方法可行 ， 对带式输送机的设计具有一定的指 导 意义 。 关键词输送带；动应力；优化设计 中图号 T D 5 2 8 文献 标识码 A 1 引言 ． 带式输送机由于运输能力大、 运行阻力小、 耗电 量低 、 运行平稳、 对物料 的破碎性小、 连续运行容易 实现 自动控制， 因此被广泛用于煤矿。近年来随着 各国对能源及工业原材 料需求量 的不断增长 ， 带式 输送机 向长距离 、 大提升高度、 大运量方向发展。新 型的带式输送机为了满足这一生产实际要求 ， 必须 具有很高的可靠度和开机率 。输送带在起动过程中 的动应力往往会导致输送带在滚筒上打滑 ， 不仅影 响平稳安全生产， 还将造成设备损坏、 建筑物振动开 裂、 基础下沉等事故。这时如果还采用以往 的分析 方法 ， 即选用大安全系数作为动应力补偿 ， 不仅造成 4结 语 1 采用插装阀的乳化液泵站液压系统的使用、 维护和制造等综合性能要优于采用管式阀的泵站 ， 也顺应 了乳化液 泵站 向高压 大流量方 向发展 的趋 势。 2 该设计思路清晰、 原理正确并简化了液压系 统 ， 技术上简便 易行。在满足原使用和性能要求的 基础上 ， 提高了工作的可靠性 ， 更便于设计 、 制造、 使 用 和维 护 。 3 由于采用了密封性能好 。 抗压能力强的插装 阀， 可显著降低内泄漏和通流阻力， 提高了系统的效 率， 延长了阀类元件的使用寿命。 4 采用通用性强的插装阀 ， 一方面可使泵站生 产厂家直接 向生产 阀的专业厂家配套价格相对较 低、 产品质量较高的插装阀件 ， 而再也不用费时费力 生产各种批量小的专业阀件 特别是制造精度要求 高难度大的制动卸载阀 。 可集 中精力于泵站主机的 生产 ， 将大大降低泵站的制 造成本 ， 提高产 品质量 ； 另一方面又利于用户直接向阀专业厂采购高质量备 件 ， 减少了阀的故障 ， 也便于备件的管理 ， 减少 了维 护工作量 ， 降低了使用和维护成本 ， 可明显地取得经 济效益。 5 对于所有系列的乳化液泵站 ， 均可进行类似 的改造设计 ， 也可将插装 阀推广应用到支架液压系 统中。 如用于坚硬难 冒顶板 的支撑式支架立柱液压 系统取代可靠性很低的充气式大流量安全阀。 参考文献 [ 1 ] 雷天觉 ． 液压工程 手册 [ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 1 9 9 0 ． [ 2 ] 姜继海 ， 宋 锦春 。 等 ． 液压与气压 传动 [ M] ． 北京 高等教 育出版 社 。 2 0 0 2 ． [ 3 ] 谢锡纯 ， 李晓豁 ． 矿 山机械与设备[ M] ． 徐州 中国矿业大学 出版 社 ． 2 0 0 2 ． [ 4 ] 陶驰东 ． 采掘机械[ M] ． 北京 煤炭工业出版社 。 1 9 9 3 ． 作者简介侯波 1 9 5 8一 。 山东烟 台人 ， 副教 授 。 1 9 8 2年毕业 于 合肥工业大学 。 现在安徽理工大学机械系从事教学和科研工作 。 发表 论文多篇 ． 收稿 日期 2 0 0 3 ． 0 6 ． 1 6 Ad o p t i n g p l u g - i n v a l v e h y d r a u l i c s y s t e m d e s i g n 。0 f e muls i o n p u mp i n g s t a t i o n HOU B0 ．W U J u n f e n g ．W A NG Xu a n - y a o A n h u j U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， H u a i n an 2 3 2 0 0 1 ． C h i n a Ab s t r a c t T he d e s i g n t h i n k i n g a n d p l an o f a d o p t i n g p l u g i n v a l u e h y d r a u l i c s y s t e m d e s i g n o f h y d r a u l i c pr e s s u r e p o we r e d s u p po r t o f o i l Wa t e r e mu l s i o n p u mp i ng s t a t i o n We re p res e n t e d i n t h i s p a p e r ． Th e wo r k i n g p r i n c i p l e an d ma i n po i n t s o f d e ‘ s i g n i n g we re an aly z e d． Th e c o nc l u s i o n h o l d t h a t a d o p t i n g p l u g i n v alu e rep l a c i n g o r i g i n al t u be v a l u e c a l l o b v i o u s l y i mp r o v e wo r k i n g c h a r a c t e r an d wo r k i n g rel i a b i l i t y- c u t d o w n ma n u f a c t u re d i ffi c u l t y an d c o s t ， e a s y t o u s e and ma i n t a i n， h a v e po p u l a r i z e d v alu e． Ke y wo r d s p l u g i n v alu e h y d r a u l i c p ressu re p o we red s u p po rtp u mp i n g s t a t i o n；h y d r a u l i c s y s t e m 维普资讯 8 带式输送机起动过程的优化设计陈艳 2 0 0 4年第 1 期 设备的严重浪费 ， 同时还难以保证机器的安全运转。 近几年 ， 这方面的研究工作已有了长足的进展 ， 如美 国道奇公 司研制的 C S T系统就可有效地实现平稳 起动 ， 并且有多方面的优点。但对制造精度有很高 的要求， 全套引进投资又很大， 所以国内广泛应用的 时机 尚未成熟。这样 ， 在现有的设备条件下对带式 输送机起动过程进行优化就显得很有必要。 2 影响起动过程中输送带动应力的因素 影响起动过程中输送带动应力的因素有以下几 个 方面 1 驱动滚筒的起动速度图参数； 2 带式输送机的运行状态 ； 3 带式输送机的结构参数。 3带式输 送机 起动 过程 的优化 影响带式输送机起 动过程性能的因素 比较多， 为了进行优化设计， 结合带式输送机的特点， 给出以 下 4个设计指标 1 起动过程 的最大动应力最小 由前面的分 析可知， 动应力过大不仅影响带式输送机 的正常运 转 ， 而且增加整机的价格， 因此有效地控制最大动应 力的大小具有双重的作用。 2 耗电量最小 带式输送机是煤矿井下巷道 中的一种主要运输机械， 如能减少吨公里耗电量 ， 就 具有显著的经济效益。 3 托辊投资最少在带式输送机中， 托辊是用 量很大的部件。有资料表明， 其重量约 占输送机总 重量的 3 0 ％， 价值约 占输送机总价值的 2 5 ％。随着 带式 输送 机长 度 的不断 增加 ， 托 辊数量 也不 断增加 ， 其重要性就更加突出。因此 ， 合理地选择托辊间距， 减少托辊数量， 提高托辊质量， 减小运行阻力， 不仅 是带式输送机正常运行 的保证， 而且还能降低其制 造和使用成本， 提高输送带的使用寿命。 4 运输能力最大 运输能力是带式输送机 的 一 个主要技术指标。在煤炭工业 向高度集中化 、 集 约化、 高产高效综合机械化方向发展的趋势下 ， 在采 煤机生产能力和工作面产量大幅度提高下 、 工作 面 推进速度进一步加快 的情况下， 提高输送机的运输 能力就显得更加重要。 取设计变量 以 H A R R I S O N的起动速度图为例 X [ 1 ， 2 ， 3 ， 4 ， 5 ， 6 ， 7 ] T 【 b ， b ， 0 ， Z ， Z t ， c 。 ， j ‘ 1 式中 b 。 输送带在底托辊上的分布宽度， m； b 输送带在侧托辊上的分布宽度， m； 槽 形角 ， r a d ； f 承载段 托辊 间距 ， m； f 空载段 托辊 间距 ， m； c 。 起动速度图参数 ； 起 动时间 ， s 。 优化数学模型 m i 厂 X m i n k l F k 2 Q d k 3 Q l 4 ／ Q 2 式 中 k 。 ， k ， k ， ， 加权 因子 ； F ～起 动过 程 中的最大 动应力 ， N； Q 一耗 电量 ， ； 带 式输送 机 的运行速 度 ， m ／ s ； Q ， 托辊投资， Q ， 口元 ； ￡ 输 送距 离 ， m； 口 托辊单价， 元 ； Q 输 送能 力 ， Q3 ． 6 F v t ／ h ； F 输送断面积 ； Fb 1 b 2 t g 0b 2 c o s 0 t g d b 2, t g cp d ／ 42 6 2 t g b 2 c o s 0 t g d b 2 c o s 0 m 2 y 散料 的松散 密度 ， t ／ m s 。 约束条件有 以下各式 g 。 X 1 一0 ． 3 B≥0 g 2 X 0 ． 5 B 1 I0 g ， x 2 一0 ． I B10 g X 0 ． 3 B 2 10 g X B 1 一2 x 2 10 g X 4 5 。 一 3 I0 g ， X 3 一2 0 。 ≥0 g 。 2c 3 4 5 6 7 8 9 1 { 2 c o s [ 3 ] t g 2 s i n 3 t g } y 4 I0 1 0 g t g 一卢 一 l_ ≥0 1 1 g , o 8 S Ⅱ -i y ～ 一 q 。 q 2 4 g c o s fl 10 1 2 e 。 一 煮≥ 0 1 3 e 一 ≥0 4 g 。 ， X 3f 6 1 o 3 5 ≥ 。 1 5 q g c o s ]3 维普资讯 2 0 0 4年第 1 期 带式输送机起动过程的优化设计陈艳 ．9 ． g 。 t g 一 fi 一 三 ≥o 1 6 g l 5 X 8 S 面 y 一 一q l 5 g c o s p O 1 7 c ≥o c 一 ≥o c 9 g I 8 一 一 。 ≥0 ． 2 0 g 。 。 X 6 2 1 g ∞ X 4一 6 2 2 g 。 X 7 2 3 1 2 0一 7 2 4 式中 P 一轴承的最大当量动载荷， N； C 轴承的额定动载荷 ， N； 轴承的预期计算寿命 ， 托辊 轴承一 般要求 L i 8 0 0 h ； D 托辊直径， m； e l 系数 ， e l 0 ． 1 5 ～0 ． 2 0 ； e 2 系数 ， e 2 0 ． 1 5～ 0 ． 2 0 ； S ． j o 承载段的最小张力 ， N ； n 摩擦力备用系数 ， n1 ． 1 5～1 ． 1 2 ； 输送带与滚筒之间的摩擦 系数 ， 0． 2 5； a 传动滚筒围包角 ， t a d 。 4结 语 用随机方向法进行 了优化计算 ， 以西北煤矿机 械二厂生产的 S S J 1 2 0 0 ／ 4 X 2 0 0 M可伸缩带式输送机 为例进行优化 ， 结果如表 1 所示 ， 通过分析可得以下 结论 1 对带式输送机起动过程进行优化是可行的， 用所建立的优化数学模型进行优化计算 ， 其结论是 可信的； 2 在优化 计算 时， 要想使某项指标提高 ， 可通 过调节加权 因子来实现， 使各分指标作出一些让步， 以取得一个对于各分 目标函数值都比较好的最优方 案 ； 3 加大 托 辊 间距 ， 不 仅 减 小 了托 辊 投 资 ， 而 且 减小 了耗 电量 4 随着起 动时 间的延 长 ， 最 大动应 力呈 现减 小 的趋势 ； 5 对于不同的设计者只要稍作改变就可满足 设计要求。如果要加大某个分 目标 函数的重要程 度， 可加大其加权 因子。如果只想考虑其中的一个 或几个分 目标函数， 可让其余的分 目标 函数的加权 因子为零。在合适的加权因子下总能得到满意的结 果 。 表 1 优化结果 Ta b． 1 Re s u l t s o f o pt i mi z a tio n 参考文献 [ 1 ] 肖林京 ， 等 ． 带式输送机上散料对各拖辊的作 用力分析 [ J ] ． 山东 矿业学院学报 ， 1 9 9 6， 2 1 1 8 1 2 1 ． [ 2 ] 余 以道 ． 带式输送机托辊间距分析计算[ J ] ． 矿山机械 ， 1 9 9 5 ， 6 2 42 6 ． [ 3 ] 陈艳 ． 带式输送机起动过程的优化研究[ D] ． 西安 西安科技学院 研究生部 ， 1 9 9 9 ． 作者简介陈艳 1 9 6 9一 ， 讲师 ， 在读 博士 ， 毕业 于西安 矿业学 院机械系机械设计专业 ， 主要从事机械设计 的教学与科研工作 ， 发表 论文数篇 ． T e l 0 2 95 5 8 3 1 1 7 ． 收 稿 日期 2 0 0 3 1 0 - 2 3 T h e o p t i mi z a t i o n s t u d y f o r s t a r t i n g p r o c e d u r e o f t h e b e l t c o n v e y o r CHEN Ya n Xi ’ a n Un i v e r s i t y o f S c i e n e e＆ T e c h n o lo g y ， X i ’ an 7 1 0 0 5 4， C h i n a J A b s t r a c t T h i s p a p e r b e a n s w i t h a d i s c u s s i o n o f the d y n a m i c s t r e s s a n d t h e e ff e c t e l e m e n t s i n s t a r t i n g p r o c e d u r e o f b e l t c o n v e v o r - f o l l o we d b y the e s t a b l i s h i n g o f o p t i mu m mo d e l - t h e n t a k e o n e f o r e x a mp l e- 山e r e s u l t s s h o ws t h i s me tho d i s e f fi- c i e n c y an d h e l p f u l t o d e s i g n i n g o f b e l t c o n v e y o r ． Ke y wo r d s b e l t c o n v e y o r d y n a mi c s t r e s s；o p t i mu m d e s i gn 维普资讯