软起动时间对带式输送机传动系统振动载荷的影响.pdf

软起动时间对带式输送机 传动系统振动载荷的影响 江苏淮海工学院机械 系 石延平 摘要分析了带有液粘传动装置的长距离带式输送机软起动过程 中起动时间的长短对振动载荷的影响 ， 认为振动载荷的大小和起动时间与传动系统 自振周期之比有关，当起动时间大于传动系统 自振周期的 6 倍时 ， 振动载荷可以忽略。 关键词带式输送机；软起动时间；振动载荷 E ff e c t 0 f s o f t s t s x t i l ti me o n v i b r a t i o n l o a d 0 f l o n g b e l t c o n v e y o r d r i v i ng s y s t e m i s a n ．I t is bel i e v e d t h a t t h e v i b n o n l o a d r e l a t e t o t h e r a t i o 0 f th e s t a r t i ng t i m e a n d 一v i b r a t i o n p e r i o d 0 f t h e 幽 咖s y s t e m a n d c a n be n e ed w h e n t h e s t a r t i ng t i me i s s i x t i me s g r e a t e r t h a n t h e s e l f vib r a ti o n o d ， Ke y w岫 b e l t c o n v e y o r ；s o f t s t l ti me ；v i b r a t i o n l o a d 为了降低长距离、大功率带式输送机起动时过 大的起动力矩对输送带，特别是对其接头的疲劳损 坏以及对其他机械部件的冲击，国内外广泛采用各 种机械或电气装置以实现可控的软起动。目前主要 采用的机械式软起动装置有液粘传动装置 包括差 动轮系液粘调速装置及调速型液力偶合器。所谓 软起动就是延长输送机的起动时间 ，并使 其按预定 的加速 曲线起动 ，以减小刚性起动时对机械和电气 的冲击。对于如何确定输送机的软起动时间，已有 过许多研究 ，本文拟从 弹性动力学方面 ，研究起动 时间对振动载荷 的影响。 1 力学模型的建立 图 1 为采用液粘调速装置的带式输送机布置 。 对于差动 轮 系液粘 调速 装置 C S T ，图 中液 粘离合器 油膜离合器3与减速器 5 为一体，且 减速器为行星齿轮式。油膜离合器结构类似一湿式 离合器 ，但它是利用主从动摩擦 片之间的油膜抗剪 存胶带及吸收胶带因受力而产生的伸长量 。随着掘 进工作向前推进，输送机每延伸 5 0 m，可搭接每 卷长 度为1 0 0 m南 胶带。 储 带仓的液 压张紧 装置可 以根据输送机的各种工况设定不同的压力值 ，以保 证胶带在各种工况下张力值最小。 4 弯道范围内用的托辊支承架 弯道 范围 内用 的托辊 支架是一 种改进 了的支 架，无论弯道向左还是向右弯曲，或是呈 S 形均适 用。支架上的滚轮可在滚道内灵活滚动以适应胶带 张力的变化 ，上部胶带托辊支架可保持胶带所需的 断面，当胶带出现最大偏转时，弯道处托辊支架设 有挡辊以防止胶带脱出。 -- 3 4 -- 5 结束语 在纽约隧道施工中使用的由 D B T美国公司制 造的水平弯曲带式输送机 ，综合应用了该公司的多 项先进技术 ，如 可 自动控制张力的储带 一张紧装置 储带仓 、中间驱动站 、弯道托辊支架 、同步延伸 机尾装置等。其在生产中良好的运行，进一步证明 了 D B T美国公 司的带式输 送机技 术 的适 用性 、可 靠性、经济性和高效率。目 前 ，D B T美国公司已将 其带式输送机产品应用到中国 ，以其优质的产品和 完善的服务，树立了良好的形象。 作者地址 唐山缸窑路 4 号朗艾道 唐山机械有限公司 邮 编 O 6 3 0 2 7 收稿 日期2 0 0 3一O 1 0 7 2 0 0 3 7 维普资讯 图 i 带有软起 动装置 的带 式输送 机布置简 图 1 ． 电动机2 、4 、6 ． 联轴器3 ． 液粘离合器 5 ． 减速器7 ． 驱动滚筒 切力来传递扭矩的。改变控制液压缸中油压的大小 来调节主、从动摩擦片之间的油膜厚度 ，从而改变 从动摩擦 片上的转速和扭矩的大小 。 分析带式输送机传动系统在起动过程中的动载 荷，要把其作为弹性系统，并建立合理的动力学模 型。因为输送机 的驱动 电机是在离合器分离状态下 起动 ，所以只把离合器从动摩擦片以后部分作为一 弹性系统，建立一 2 质量单自由度系统的动力学模 型，如图 2 所示。左侧为油膜离合器从动部分的质 图 2 系统动力 学模 型 量，右侧为油膜离合器从动部分以后所有传动装置 联轴器、减速器及传动轴 、滚筒、托辊组以及胶 带和物料转化至与油膜离合器从动片同轴的当量质 量。当离合器有足够大的储备系数时，作用于离合 器 的从动摩擦力矩 就等于输送机驱动 电机 的输 出扭矩 。 2 油膜离合器的结合过程 摩擦离合器的结合过程是指加上压紧力后，角 速度不同的主动盘和从动盘 由开始接触至达到同步 角速度的整个过程 。 0 争 Z ‘ 一 一t l t 2 [ 一 t 3 一 I 一 图 3 油膜离合器结合过程示意图 2 0 0 B【 7 图 3所示 为从动件处于静止状态 相 当于起步 状态的离合器的结合过程示意图，图中各曲线分 别表明了主动件及从动件 的角速度和力矩 的变化情 况。结合过程可分为以下 3个阶段 第 1 阶段始于离合器的主、从动元件开始接 触的瞬时，止于离合器的摩擦力矩 即主动盘 传给从动盘的力矩逐渐增大直至等于折换到离合 器从动轴上的外阻力矩值 为止。在此期间主动 件的转速略有下降。因 M M ，所以从动轴依然 保持静 止不动 即整机静 止不 动 ，∞ 2 0 ，此阶 段的时间为 t 1 。 第 2阶段 继续增大，此时 M M ，使 输送机克服外阻力及惯性开始起步，即 ∞ 2 由零开 始增大。与电动机相联的油膜离合器主动件的转速 ∞ 因负荷增大而降低，直到 增至最大值为止 都属于这个阶段 。此阶段 的时间为 t 2 。 第 3阶段 达到最 大值后 保持不变 ，但 主 动件角速度 ∞ ， 继续降低，从动件角速度 ∞ 2 继续 增高，2 者相差愈来愈小，直至相等时，这一阶段 结束 ，整个结合过程即结束，此阶段的时间为 t 3 。 如果用 t 表示输送 机起 动时间 ，如图 3所示 ， t 。 t 1 t 2 t 3 。由于输送机驱动滚筒是从图示第 2 阶段开始加速 ，所 以也 可认 为 t 。 t 2 t 3 。为简化 分析，本文假定输送机的软起动时间从时间为零开 始 ，即 t 。 t l t 2t 3 。图 中 t 0为起 动摩擦 力矩 达到最大值 的时间。 3 起动时动载荷的确定 根据上述力学模型可建运动微分方程 ．， 。 c 訾一 ㈩ |j} l 一 2 M ．， c 警一 d tt---2 一 |j} l 一 2 一M 式中 ．， ． 离合器从动部分的转动惯量 ．， 2 离合器从动部分以后所有传动件以及 滚筒 、托辊组 、胶带和物料转化至与 油膜离合器从动片同轴的当量质量 输送机的起动力矩 输 送机外阻力矩 一 3 5 维普资讯 1 罔合 器 从 动邵 分 的转 角 2 当量质量的转角 ．j} 系统 当量刚度 c 系统 阻尼 将式 1 和 2 进行变换 ，式 1 除 以 ．， 1 ，式 2 除以 J 2 ，则此 2 式之差为 一 警 c 击 1 一 札 I 一 后 去 1 3 一 T 1 -T ＼ J ， 用 M 表示作用于系统的弹性力矩 ，其值为 M k 1 一声 2 4 则 后 警一 ㈤ ～ d 2 ～ 5 1 一 d 2 5 2 6 将方程 3 乘以 k ，并将等式 4 、 5 、 6 代人得到 d 2 M c J 1 J 2 d M ． d t 十 2 J 1 J 2 dt 十 ，1 、 M 设pk J l J 2 2 ／ 将其代人式 7 并忽略阻尼 c 0 ， 则 d 2 M m p 2 M M f M f 8 此方程为无阻尼系统在任意激励下的振动微分 方程 ，当初始条件为 t 0 ， Mo ，d M ／ d t d ／ d t ，方程 8 的通解 为 M t Mo c o s p t d Mo s i n p p t 封 s inp ⋯ t I ] r ] J 卜 州 上式后 1 项为杜哈美积分形式。 下 面分析带 式输送 机起动 时间对动 载荷 的影 响 ，设 M 按 图 3所示直线规律增长 ，即 M t M 一0 ≤t ≤t o t O 当O ≤t ≤t o 时，初始条件为 t 0 ，M 0 ， d M／ d t 0 ，又 M 0时 ，方程 8 的解为 M 【 一 】 - 。 由上式可以看出，弹性力矩由2 部分组成 ，前 1 项是线性载荷 ，也就是系统为绝对刚性时 的惯性 载荷；后 l 项是振动载荷，其振幅依 1 。 而变。缓慢加载时 ，振幅的波动幅度小 ；系统 的刚 性大时 自振频率高 ，自振周期短 ，振幅也小 。 由式 1 0 可得 d 1 一c 0 s t J 一1 ． ， 2 u一删 由上式可 以看 出 ，当 0≤t ≤t o时 ，弹性力 矩 的变化速度是正值，也就是说，载荷是不断增长 ， 因而最大弹性力矩必定在 t ≥t o阶段 出现 ，也就 是 图 3所示 的 t 3 时间内出现。 当 t ≥t o时 ， ≯ { ， s in p ， ， J M m s in p t tr d t 一 南 [ - 一 T兀 s in 兀 c 。 s 兀 2 号 一 】 式中 卜自振周期 ，T2 兀 ／ p 起动过程结束后的最大动力矩 M 发生在 c o s 兀 2 t ／ T t o ／ T 1 的情况下 ，并且数值 1 前 面 的 符 号 应 与 s i n t o ／ 的 符 号 相 反。 即 M 一 M 一 - T I ．I ⋯ 为了说明带式输送机起动时间对振动载荷的影 响，引入动载荷系数 ，并令 t o ／ T M ii i a fl x M l m a x - 1 1 1 I s i m t 2 I ●～ 对于驱动装置来说 J 2 ． ， 1 ，所 以上式 中 J 1 可 忽略不计。根据上式应用 M a t l a b的可视化函数计 算 ，得出 随 的变化曲线，如图4 所示。 6 时，振动载荷的影响可忽略不计，此 时误差小于工程计算的允许范围5 ％。 3 软起动中的振动载荷不仅与起动时间有 关，而且还和起动摩擦力矩 肘 的增长规律有关， 通常按 “ S ”形 曲线增长时 ，在相同的起动时 间内， 动载荷系数 较小。 参考文献 l 贺兴书．机械振动学 ．上海交通大学出版社 ，1 9 8 6 2 郭应龙．机械动力学．水利电力出版社，1 9 9 3 3 周满山等．带式输送机用油膜离合器的软起动研究 ．工 程机械 ，1 9 9 7 1 0 ． 4 朱敏奇 ， 蒋卫粮 ． 长距离带式输送机软起动技术 ． 金属 矿 山，1 9 9 9 8 5 王里等 ． 下运长胶带输送机软起动与电制动．煤炭科学 技术，1 9 9 6 1 1 作者地址 连云港江苏淮海工学院机械系 邮 编 2 2 2 0 0 5 调 心 托 辊 和 带 式 输 送 机 参 数 对 纠 偏 力 的 影 响 西安科技 学院任中全 摘要对调心托辊进行了受力分析 ，得出了纠偏力的理论计算公式 ，并分析 了调心托辊和带式输送机的 参数对纠偏力的影响，为带式输送机的设计与安装提供了理论依据。 关■词带式输送机；调心托辊；跑偏 ；参数；纠偏力 A]b l I T h ef o r m u l af o r c a l c u l a t i n gt h ef o r c et o哪e t d e v i a ti o n o f b e l ti s d e ri v e d a f t e rt h e o r e ti c a l ly a n a l y z i n gt h ef o r c e o f 8 e I f a l i g 曲f- g i d l e r 0 f b e l t c o n v e y o r ．E ff e c t o f 眦Ⅲ o f t h e s e l f a l i I 1 g i d l e r a n d b e l t c o n v e y o r o n t h e c 0 咖f o r c e i s a I m I y z e d ，t h u s 啊慨a t h e o r e t i c a l b a s i s f o r t h e d e s i g n a n d i n s t a l l a ti o n o f b e l t c o n v e y o r ． Ke ， ， 舯 b e l t c o n v e y o r ；8 e l f a l i g n i n g i d l e x ；d e v i a t i o n；p a r a me t e r ；f o r c e t o c o r r e c t d e v i a ti o n 0 f b e l t 输送带跑偏是带式输送机运行中常见的故障， 输送带在任何位置都可能发生跑偏，为此许多学者 l 运输机■ 2 0 0 3 l 致力于研究和解决输送带的跑偏问题。有的学者定 性分析了调心托辊的纠偏机理，认为调心托辊与输 ～ 3 7 维普资讯