带式输送机侧向动力学研究

带式输送机侧向动力学研究

宋建辉刘慧奇

华电重工股份有限公司天津分公司天津市300010

摘要：带式输送机在散料输送中起着重要作用，带式输送机的侧向动力学影响着带式输送机的稳定运行，本文对带式输送机侧向动力学进行了全面研究，以供参阅。

关键词：带式输送机；侧向动力学

引言

可伸缩带式输送机具有连续运输、生产率高、运行阻力小、耗电量低、工作中噪音小、对货载的磨损及破碎小、单台运距长等优点，所以在工作面顺槽运输中，得到了广泛应用。随着高产高效矿井的建设，也有许多不适应实际生产和制约现代化矿井发展的问题。因而对于带式输送机侧向动力学研究是非常必要且重要的。

1带式输送机应用概况

带式输送机是一种连续运输的设备，它既可以输送散装物料，如煤炭、矿石等，又可以输送包装好的整件物料。由于其具有如下特点：结构简单、输送物料种类多种多样。输送量大可长距离运输，对运输线路的有较强的适应性可翻山越岭：装载、卸载点设置可根据工艺流程任意设置：胶带以及金属部件等可靠性高，使用寿命长：带式输送机易损部件少，运营维护费用低：初期基本建设投资少，减少了修路架桥的工程的投入：在物料搬运设备中，单位吨公里运费最少，耗能最低。带式输送机的优势十分明显，在煤炭矿井、露天煤矿、露天金属矿、港口码头、化工厂、水泥厂等散料运输的场合都广泛应用带式输送机，在建设环境友好节约型社会当下，带式输送机的优越性体现的更加淋漓尽致，成为国民经济运行中不可缺少的关键运输设备。

2带式输送机工作中存在的问题

带式输送机的发展方向是运距大、速度高、运量大，因为带式输送机运行速度提高，使得带式输送机动态特征明显的表现出来，直接对带式输送机的正常工作产生不良影响，主要表现为：（1）带式输送机启动制动工况，由于起动方式不恰当，引起胶带动张力过大，导致输送机运行不稳定，导致滚筒、轴承、托辊、传动装置、连接件等部件的强度和使用寿命降低，以及输送带跑偏、断裂、打滑、物料洒落等问题的产生问。（2）在运行过程中，带式输送机产生的振动形式多种多样，包括胶带的纵向、横向和侧向振动、机架振动、托辊振动、驱动设备的振动以及物料的振动冲击等，因此导致物料的振动、外泄，输送带侧向偏移，输送带刮边，托辊工作寿命下降的情况发生。（3）胶带在驱动滚筒上打滑或振动，由于在启动和制动工况。滚筒两侧胶带紧边和松边的张力变化大，松边张力过低就会发生滚筒和输送带打滑导致输送机无法启动，造成输送带磨损甚至引发火灾。（4）多电机驱动的功率不平衡和起动顺序问题。带式输送机在启动时产生的加速度会引起电机功率增加，输送带应力增大，结构件载荷增加。在突然停车时加速度过大，张力波的振荡带来了输送带的张力不均匀分布，导致水平布置情况下输送机的局部应力太小，致使输送带垂垂度过大，产生输送带撕裂、托辊破坏及物料外泄等问题：造成倾斜带式输送机起制动滚筒两侧张力悬殊，引起输送带打滑，导致输送机逆转输送带沿斜面下滑。（5）横向振动：因为输送带和物料的重力的影响，输送带运行过程中，位于两托辊组之间产生悬垂现象。如果设计的输送机系统不够合理，在水平面的垂直方向上引起比较大的横向振动，对整机（尤其对于重锤张紧装置）造成的破坏将非常严重闭。（6）侧向振动：稳定工作的带式输送机，由于输送带受到侧面波动载荷的干扰，导致侧向发生位移变化和振动，该振动可能会引起输送带跑偏，出现输送带磨损、刮边、撕裂等现象。为了解决这一问题，在带式输送机系统中会安装调心装置，但这样做将增大固定投资和增加运营维护费用闭：挡辊强制防跑偏的输送机增加输送机的摩擦阻力，增加胶带磨损，降低胶带的寿命，甚至引起火灾。（7）运行冲击：带式输送机可以在不同复杂段运行，包括水平转弯段或者变坡弯曲或者空间弯曲等。胶带经过时，由于胶带产生对托辊组的冲击压力会影响整机系统的正常运行。

3带式输送机的侧向动力学研究的意义

针对带式输送机的横、纵向振动，现在已有学者作过研究，如杨振兴通过建立带式输送机横向和纵向振动的Voglt模型和振动方程，分析是其振动情况：朱春水通过对输送机进行虚拟样机建模，在选定模型的基础之上，对输送带的横向振动理论和纵向振动理论进行了深入的分析，并校核了系统的稳定性。但是，目前研究带式输送机侧向振动这个领域的相关文献较少，随着带式输送机运行速度的不断提高，装机功率功率的不断增加，带式输送机的侧向运动的稳定性及其预测逐渐被人们重视。要更好地发挥带式输送机的作用，提高工作效率，降低运行成本，对胶带侧向运动的跑偏应当有严格的限制。胶带的侧向运动对输送机的工作性能影响很大，振荡型的侧向运动会增加胶带和托辊磨损，增大胶带的运行阻力，大幅度的振荡又会产生严重的撒料和刮边。目前在矿山运转的带式输送机绝大部分都是比较严重的振荡型工作稳定型侧向跑偏或者恒跑偏稳定运行。可见，对带式输送机进行侧向动力学特性研究的意义重大，我们需要更加全面，更加透彻地分析带式输送机的侧向动态响应，优化相关性能参数，最终目标是设计出安全可靠的高性能带式输送机。中国的带式输送机有数以百万条，基于以上思想，若能成功进行侧向动力学特征研究，并采用正确的控制策略，对提高带式输送机安全稳定运行，减少运行阻力和运行事故有重大现实意义，可带来可观的经济效益和社会效益。因此，我们十分有必要进行本文的研究。

4带式输送机侧向动力学研究

从研究文献可以看出，目前大多数学者只是针对输送机侧向运行（跑偏）的基本规律以及产生原因进行了初步分析，提出了预防措施，以及现场处理方法等。均未对侧向运行的机理进行深入研究，也未对自动纠偏装置的力学特性和其控制性能进行深入研究。随着大功率电力电子器件的出现和微型计算机的普及，微分几何控制理论的不断深入及与变结构控制理论等相互结合使用，非线性控制必将取得更广泛的应用前景。因此结合煤矿生产的煤量不均衡性、带式输送机运行过程中复杂的动态特性，通过分析现有的技术条件，优化带式输送机控制系统，进行智能动态控制系统的开发是目前带式输送机控制技术的发展趋势，这也将整个输送机系统及其侧向运行的安全性和可靠性将大大提高。设计出结构简单，工作可靠，能有效控制输送带跑偏和提高带式输送机侧向稳定性，适应输送机复杂运行工况和动态特性的控制系统的研究，目前还是处于起步和不断摸索的过程中，具有广阔的发展前景。在动力学分析中，带式输送机动力学特征非线性非常明显，尤其是侧向动力学特征，涉及到带式输送机的各个方面，胶带、机架、托辊、调偏托辊、滚筒、物料的特性以及分布等都对胶带的侧向动力学特征产生影响，而其作用机理非常复杂，对带式输送机的稳定运行起着关键作用，达到不能忽略的程度，而且许多不稳定的工程实例，它们的动态特性无法用简单的线性系统的研究方法来解释，所以采用非线性理论研究输送机侧向运动的动态激励。采用有限元的方法对其动力学特性进行研究，设计液压伺服自动调偏装置对带式输送机的跑偏进行控制。

参考文献：

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