关于矿用带式输送机使用中的动态分析_王大维.pdf

煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 0引言 矿用带式输送机作为井下煤矿生产中的重要设 备， 较好的使用性能直接影响着煤矿的生产效率及井 下作业安全。 目前， 由于井下环境恶劣、 设备超负荷作 业、 运行时间过长等原因， 导致矿用带式输送机在使 用中出现各类运行故障， 给煤矿企业的煤矿开采及经 济收入造成了重大影响。掌握带式输送机使用程中的 动态变化特性，对提高其设备的运行效率和安全型至 关重要。因此， 以带式输送机静特性、 动特性为理论基 础，通过分析其使用中存在问题，采用 soliworks 和 adams 软件， 建立了带式输送机的仿真模型， 开展了其 起动及制动时的加速度变化动态特性变化分析，由此 掌握了其启动及制动过程的加速度变化规律，这对提 高矿用带式输送机的作业效率及安全具有重要意义。 1带式输送机特性分析 1.1静特性分析 带式输送机在井下工作过程中，当其达到稳定 工作状态时， 在较长工作时间范围内， 其整个系统的 波动性几乎可认定为恒定不变， 在此状态下， 输送带 的应力、 应变几乎恒定。 由此， 通过以下公式， 可计算 得出带式输送机上输送带在静态状态下的应力、 应 变值。 Eδ ε δ F A ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ （1 ） 式中 E 为输送带静态弹性模量， Ppa； ε 为输送 带静应变； δ 为输送带静应力， Pa； F 为输送带外力作 用力， kN； A为输送带外界作用力下横截面积， m2。 1.2动特性分析 1.2.1松弛特性 输送机上的输送带在受到一个常量应变值情况 下， 其上的应力值会出现先迅速增加， 再缓慢降低， 并 最终趋向于一个稳定值， 这导致了输送带上的应力出 关于矿用带式输送机使用中的动态分析 王 大 维 （山西兰花科创玉溪煤矿有限责任公司 ，山西 晋城 048000 ） 摘要 矿用带式输送机作为井下煤矿生产中的重要设备， 其在使用过程中经常出现各类运行故障， 严重影响着煤矿的开采量及井下作业安全。 因此， 十分有必要对矿用带式输送机使用中的动态变化情 况开展分析研究。 以带式输送机静特性、 动特性为理论基础， 通过分析其使用中存在问题， 建立了带式 输送机的仿真模型， 开展了其起动及制动时的加速度变化动态特性变化分析， 结果表明， 在输送机起 动及制动初期， 对其设备的内部部件具有更高的使用性能要求， 由此掌握了其启动及制动过程的加速 度变化规律， 这对加强带式输送机使用性能的提升、 保障井下作业安全具有重要的指导意义。 关键词 煤矿 ； 带式输送机 ； 动态分析 中图分类号 TH222文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 02- 0166- 03 Dynamic analysis on the use of mining belt conveyor WANG Dawei （Yuxi coal mine limited liabilitycompanyofShanxi Lanhua Science andTechnologyInnovation Group , Shanxi Jincheng 048000） Absrtact As an important equipment in underground coal mine production, belt conveyor often occurs various kinds of operation failures in the use process, which seriouslyaffects the mining volume and underground operation safety ofcoal mine. Therefore, it is necessary to analyze and studythe dynamic changes ofbelt conveyor in use. Based on the theory ofstatic and dynamic characteristics ofbelt conveyor, the simula- tion model ofbelt conveyor is established by analyzing the problems existing in its use, and the dynamic characteristics ofacceleration change duringstartingand brakingare analyzed. The results showthat the internal parts ofbelt conveyor have higher perance requirements in the initial stage ofstarting and braking, and thus the starting of belt conveyor is mastered. The lawof acceleration change in dynamic and braking process has important guidingsignificance for enhancingthe perance ofbelt conveyor and ensuringthe safetyofunderground operation. Key words Coal mine ; Belt conveyor ; Dynamic analysis 166 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 现了松弛现象， 其变化如图 1 所示。反应了输送带在 刚运动时所受应力值将相对较大，后趋于稳定变化。 由此， 反应了输送带运动过程动态变化的过程。 图 1输送带松弛特性变化曲线图 1.2.2动态特性 由于输送带在工作过程中，将受到来自不同方 向、 不同大小的外界载荷作用， 由于外界拉力大小、 频 率、 作用力方向等变化， 导致了输送带的弹性模量发 生了变化， 其关系图如图 2 所示， 最终使输送带发生 形变， 在其长时间运行过程中， 将可能导致其发生运 行故障， 影响输送机的工作安全。 图 2输送带弹性模型与拉力关系图 2带式输送机使用中存在主要问题 由于输送机在工作过程中，存在输送距离较长， 外界载荷作用变化较大、运行速度不断变化等情况， 这将导致其长时间运行过程中出现各项故障问题， 影 响着井下生产效率。使用过程中出现的主要问题 1 ） 输送带工作一段时间后， 其整体磨损严重、 松 弛度无法调整， 在运行时经常出现漏煤、 掉煤等现象； 2 ） 输送机整体性能不稳定、 可靠， 经常出现无法 立即启动， 或启动一段时间突然停止现象， 对煤矿的 输送产生了重要影响； 3 ） 输送机在启动时， 由于受到外界较大载荷作 用， 其启动加速度较大， 导致输送带上的拉力在较短 时间内迅速增大， 从而出现较大幅度的振动现象， 大 大降低了其运行稳定性； 4 ） 由于输送机一些部件设计的不合理性， 安全系 统及冗余量设计过高， 导致了输送机产品整体结构偏 大， 在产品生产成本投入及现场基础建设等方面将出 现较大经济投入。 3带式输送机动态分析 3.1动力学模型建立 3.1.1三维模型建立 带式输送机的结构部件相对较多， 主要由 v型下 托辊、 驱动滚筒支架、 中部传动滚筒架、 缓冲托辊、 槽 型托辊、 输送带等部件组成。 因此， 根据其实际结构尺 寸， 采用 solidworks 软件， 通过建立输送机上的关键 零部件， 并通过最终的装配， 建立了带式输送机的三 维模型； 同时， 为避免非关键部件对后期分析结果的 影响， 将输送机上的螺栓、 定位销、 轴承等非关键部件 进行了模型省略，建立经简化的带式输送机三维模 型， 如图 3 所示。 图 3带式输送机三维模型 3.1.2仿真模型建立 将建立的输送机三维模型导入至 adams 仿真软 件， 对模型中滚筒轴、 滚筒、 托辊等部件之间进行了条 件约束， 如在滚筒轴与滚筒之间添加转动副、 在输送 带与托辊之间添加接触副等。同时， 各零件的材料均 设置为 q345 材料。 为模拟输送带的驱动、 载荷等参数 在不同工作环境及时间下的变化情况，采用了 step 分段函数， 以此来设置输送机不同时间段的不同变化 函数。 最后， 通过对模型进行外界物体载荷、 重力载荷 等施加， 完成了带式输送机仿真模型的建立， 如图 4 所示。 图 4带式输送机仿真模型图 3.2仿真结果分析 3.2.1启动时加速度变化分析 通过开展带式输送机动态仿真分析， 得到了带式 输送机起动时加速度变化曲线图， 如图 5 所示。由图 可知， 输送机在启动的瞬间， 会产生较大的拉力， 致使 其加速度出现了急剧的增长； 随着设备的运行， 其受 到驱动力、 摩擦阻力、 胶带伸长的弹性力等阻力也逐 167 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 渐增大， 当驱动力与阻力之间的合力最大时， 输送机 的加速度达到最大值， 并在一段时间范围内呈稳定不 变的变化趋势；随着输送机运行速度的逐渐增大， 其 驱动力与阻力之间将会达到动态平衡， 其合力将呈现 逐渐减小趋势， 输送机的加速度减小至最小值， 此现 象与带式输送机加速度的实际变化趋势基本吻合。 由 此， 掌握了带式输送机起动过程的加速度动态变化规 律， 并得到在输送机起动前期， 输送带及其他部件更 容易发生运行故障， 要求其性能需首先满足此阶段的 使用需要。 图 5输送机起动时加速度变化曲线 3.2.2制动时加速度变化分析 图 6输送机停车时加速度变化曲线 通过仿真分析， 得到了带式输送机制动时的加速 度变化曲线图， 如图 6 所示。 由图可知， 当给输送机突 然施加较大的恒定制动力矩时， 其制动加速度由零急 速增大，并在制动力作用下，呈恒定的变化趋势， 在 30s 左右时， 制动加速度急速下降， 表明此时完成了 输送机的整个制动过程； 之后， 由于输送带松边和紧 边之间存在一定的互换性， 在惯性力的作用下， 产生 了加速度为正、 负往复振动变化的情况， 最后随着能 量的逐渐减小， 制动加速度也逐渐减小至零。此过程 与输送机制动过程中实际加速度的变化情况基本吻 合。由此， 掌握了带式输送机在制动过程的加速度变 化趋势， 同时， 在输送机制动初期， 输送带及其他部件 将受到较大的外界作用， 其部件性能需满足制动初期 是使用需求， 以此来保证带式输送机的制动安全。 4结论 掌握矿用带式输送机使用过程中的动态变化规 律， 对提高其设备的运行效率和安全性至关重要。因 此， 以带式输送机静特性、 动特性为理论基础， 通过分 析其使用过程中存在问题，采用 soliworks 和 adams 软件， 建立了带式输送机的仿真模型， 开展了其起动 及制动时的加速度变化动态特性变化分析，结果表 明， 在输送机起动及制动初期， 对其设备的内部部件 具有更高的使用性能要求， 以此来保证输送机的正常 工作， 由此掌握了其启动及制动过程的加速度变化规 律， 这对加强带式输送机使用性能的提升、 保障井下 作业安全具有重要的指导意义。 参考文献 [1] 杨云,熊继军,宋要斌,马利云,王向玲.矿用带式输送机齿 轮箱混合故障诊断研究 [j]. 工矿自动化,2019,45 （05） 51- 5572. 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