探究带式输送机动态分析连续模型振动解法及计算机仿真

探究带式输送机动态分析连续模型振动解法及计算机仿真

曹琳卿

山东能源重装集团鲁南装备制造有限公司，山东 枣庄 277100

摘要：带式输送机是当前我国冶金、电力、煤炭、化工等领域应用比较广泛的散装物料运输的主要设备之一，在长距离、高怠速、大运量和大功率等方面具有比较明显的动态特性，逐渐引起了专业研究部门的重视。动态分析法应用在带式输送机中，可以更好地优化传统设计中的一些参数，提高带式输送机设计的准确性，使其运行更加平稳可靠，适当降低安全系数以减小投资费用。

关键词：带式输送机；主要结构；技术发展；仿真模型

1 带式输送机的主要结构

带式输送机的主要结构为：拉紧装置、装载装置、改向装置、上拖辊、输送带、下托辊、机架、清扫装置、驱动装置等组成。

1.1 输送带

输送带在带式输送机中，既是承载构件又是牵引构件，它不仅要有承载能力，还要有足够的强度。输送带由芯体和覆盖层构成，芯体承受拉力，覆盖层保护芯体不受损伤和腐蚀。

芯体的材料有织物和钢丝绳两类。织物芯体有多层帆布粘合及整体编织的两种。织物芯体的材质有棉、维纶和尼龙。

1.2 托辊和支架

托辊和支架的作用是支承胶带和胶带上所承载的物料。使胶带保持在一定垂度下平稳地运行。托辊沿输送机全长分布，数量很多，它的工作情况好坏直接影响输送机运行。托辊的制造质量主要表现为旋转阻力和使用寿命；托辊由中心轴、轴承和套筒三部分组成。重载侧胶带在三托辊槽形托辊上运行。外面的两个托辊设置成20或30槽角。合理选择槽角可使胶带上的物料横断面积增大，运输量也随之增大；托辊的间距。应保证胶带在托辊间的下垂度尽可能地小，胶带在托辊间的下垂度，一般不超过托辊间距的1％。下托辊间距可取2.5～3m，或取上托辊标准间距的2倍。支架可用钢板冲压而成，重型的要用槽钢制成。两侧支脚要有足够的刚度。

1.3 传动装置

传动装置是将电动机的转矩传给胶带，使胶带连续运动的装置。它由电动机、传动滚筒、联轴器、减速器等组成。随着输送机运输能力的提高。运输距离的加长，电动机的功率在不断增加，多电动机传动也在逐渐增多。采用多电动机传动，可以减少传动装置的高度和宽度。

传动滚筒是传递动力的主要部件，它有单滚筒和双滚筒之分。单滚筒传动具有传动系统简单、部件少的优点。但在井下，为了结构紧凑，增大包角以适应井下的不利条件。常采用双滚筒传动。传动滚筒用钢板焊接或用钢铸成。其表面有光面、包胶和铸胶等三种。在功率不大，环境温度的情况下。采用光面滚筒；在功率大。环境潮湿的情况下。则采用胶面滚筒。以防止胶带在滚筒上打滑。

1.4 清扫装置

胶带输送机运转时，清扫胶带、滚筒和托辊上的脏物非常重要，因为脏物会引起胶带跑偏和运转部件严重磨损。通常在卸载滚筒的后面，设置刮板清扫胶带的脏污面，另一种方法是在卸载滚筒的底部装设回转刷进行清扫。

1.5 拉紧装置

拉紧装置的作用是：保证胶带具有足够的张力使滚筒和胶带产生必要的摩擦力，限制胶带在各支架间的垂度，使输送机正常工作。常用的拉紧装置有机械拉紧式和重锤拉紧式两种。

2 带式输送机技术发展

随着自动化生产不断发展，普通带式输送机得到广泛应用。由于输送机可进行水平倾斜和垂直输送，也可组成空间输送线路，输送线路一般为固定且输送能力大，运距长，还可在输送过程中同时完成多种工艺操作，因此其应用十分广泛。未来输送机将向大型化发展，扩大适用范围，实现物料自动分拣，降低能量消耗，减少污染。目前世界上的输送机已向长距离、高带速、大输送量、高可靠性发展，我国在这方面还有很大的发展空间。

（1）扩大输送机的使用范围。发展能在高、低温条件下有腐蚀性、放射性和易燃性物质的环境中工作以及能输送炽热、易爆、易结团、粘性的物料的输送机。煤矿行业是使用带式输送机的主要行业，其他矿山开采工作对输送机的需求也在增强。然而，普通输送机对危险品的运输缺乏保护措施，这就造成了带式输送机应用的局限性，所以为了满足各个行业对输送机的需求，要优化带式输送机的性能以扩大使用范围。

（2）减少输送机在作业时所产生的粉尘、噪声和废气排放。环境保护理念下，输送机在运行过程中要减少对环境的各种污染，既包括有形的粉尘和废气，又包括噪音等等。所以，未来输送机自身要优化处理粉尘和洁净排气等以满足环保的要求。

（3）降低能耗。降低能量消耗已成为输送技术领域内科研工作的一个重要方面。以将1t物料输送1km消耗的能量作为输送机选型的重要指标之一。节约能源理念下，输送机自身耗费的能源和费用也要纳入到企业经营中，对企业的效益产生一定的影响，所以输送机技术要考虑降低能耗问题。

（4）使输送机的构造满足物料搬运系统自动化控制对单机提出的要求。如邮局使用的自动分拣包裹的小车式输送机应能满足分拣动作的要求。早期输送机的研发是在煤矿开采作业中应运而生的，当下随着输送机使用者的不同，其功能要实现个性化，从而可以对接不同的设备终端。

（5）继续向大型化发展。大型化包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几个方面。带式输送机的单机长度已接近20km，并已出现由若干台组成连接甲乙两地的“带式输送道”。很多国家正在探索长距离、大输送量连续输送物料的更完善的输送机结构。

3 基于AMESim的带式输送机计算机仿真模型的建立

建模之前首先对输送带模型进行离散化处理，输送带采用Kelvin－Vogit粘弹性模型，可以看成由一系列质量单元通过弹性阻尼单元连接而成，根据输送带各带段的特性将输送带划分为若干段等质量的质点单元。

在AMESim中质量单元选用linearmass with 2 ports and friction模型，弹簧阻尼单元选用linear spring－damper with 2 ports capable of linear motion模型，二者子模型分别设置为MAS004和SD0000。分别计算承载段和回空段输送带的单元质量、单元运行阻力、单元刚度、单元阻尼等参数。

改向滚筒的AMESim仿真模型采用RSHE001模型、RL00模型、V001模型构建；拉紧装置的AMESim仿真模型采用用ＲSHE001模型、RL00模型、MAS001模型构建；驱动装置的AMESim仿真模型可根据驱动装置的运行特性简化为速度控制信号。

在草图模式下建立带式输送机仿真模型后，在子模型模式下指定元件的具体子模型，进入参数模式输入每个子模型的具体参数，在仿真模式下设置、修改仿真运行参数即可进行仿真。

4 带式输送机动态分析软件计算机仿真研究概况

将机械系统动态仿真技术应用到带式输送机的动态分析上，即在计算机上通过动态分析软件建立带式输送机模型，并对其进行各种动态性能分析，代替传统实物样机试验，并对静动态分析的结果进行改进，可为带式输送机设计提供合理的参数。应用动态分析软件对带式输送机进行动态分析，进行优化设计，可以优化静态设计中的某些参数，大大提高设计的精确性，确保带式输送机系统运转过程中的可靠性，减小安全系数。近年来带式输送机动态研究在国际上已得到业内人士的认可，虽然没有完善的进行动态设计的方法，但已达到采用动态分析的手段对静态设计的结果进行改造。

5 结语

带式输送机之中的多个点，在平常起动制动之中都变更了初始的动力学参数。大型这类输送机，应当探析它的动态特性。这类调研建构了有限元特有的离散模型，模拟得到最适宜的仿真模型。这种动态解析优化了常用设计，供应了直观解析的新思路。

参考文献：

[1]罗亮.带式输送机多体动力学仿真及动态特性研究[D].华北电力大学，2014.