浅析不同载荷下的可伸缩带式输送机动态特性

作者：郑晓敏

  带式输送机的设计计算是按照满载工况进行考虑的，但在实际的生产运行中，载荷情况较为复杂，因此有必要对典型载荷下可伸缩带式输送机的启动、自移机尾等动态特性进行分析。

1  可伸缩带式输送机AMESim模型

1.1  可伸缩带式输送机结构及技术数据

本文以DJS160/350/3x500型可伸缩带式输送机为例，其结构简图如图1所示。输送机长度为3 200 m，近似水平布置，输送量为3 500 t／h，带宽为1600 mm，设计带速为4 m/s，机头驱动功率为3×500 kW，储带长度为200 m，输送带弹性模量为16 MPa，单位长度输送带质量为21.2 kg/m，满载工况下，单位长度物料质量为243.1 kg／m，单位长度旋转部分等效质量为承载段24.1 kg/m、回程段11. 45 kg/m，机尾为自移机尾。

1.2  输送带模型

矿用带式输送机输送带多为钢丝绳芯阻燃输送带，其弹性主要由钢丝绳带芯决定，黏性则主要由橡胶决定。在实际使用中，钢丝绳带芯与橡胶变形一致但受力不同，基于此，输送带的模型采用Vogit模型较为合理，即弹簧和阻尼器并联后再与质量块串联的模型，如图2所示。

1.3  拉紧力和自移机尾

  带式输送机在不同运行阶段对拉紧力有不同的要求，一般在启动阶段拉紧力为满速运行阶段的1.4倍～1.8倍。在本例中，带式输送机启动阶段拉紧装置的总拉紧力为500 kN，满速运行阶段拉紧力为330kN。为了排除由于拉紧装置设计不合理等因素对研究对象的仿真试验产生干扰，在模型的建立中，带式输送机每个运行阶段的拉紧力采用恒张力。

  自移机尾推移行程为2 700 mm，自移过程完成时间为20 s，利用AMESim信号库中速度随时间变化的函数关系，可实现对机尾自移速度的控制。

1.4  可伸缩带式输送机整机模型

  在建立可伸缩带式输送机整机模型时做以下假设：①载荷在承载段均匀分布；②不考虑输送带沿带宽的横向运动；③输送机在启动之前处于制动状态，且输送带初始状态各点张力为零；④不考虑托辊弹性。

  在AMESim中建立的可伸缩带式输送机仿真模型如图3所示，主要由机械及控制部分组成。输送带25 m为一个单元，承载段和回程段各划分为128个单元，储带仓划分为6个单元。带式输送机启动速度曲线为澳大利亚专家Harrison所提出的正弦加速度即“S曲线”，启动时间200 s。拉紧力于O s时开始施加于游动小车；10 s时带式输送机启动；210 s时带式

输送机启动完成；300 s～330 s拉紧力切换至满速运行所需拉紧力；500 s时机尾开始自移；520 s时机尾自移结束；700 s仿真结束。

2仿真结果分析

图4为输送机在载荷量分别为243.1 kg/m（满载）和122 kg/m以及空载3种工况下机头驱动滚筒趋入点张力曲线。由图4可知，载荷不同，带式输送机驱动滚筒趋入点张力大小不同，满载工况下，该点张力值最大，空载工况下该点张力值最小；在带式输送机启动过程中，满载工况下张力波动最大，空载工况下波动最小；300 s时，拉紧力开始切换至满速运行所需拉紧力，满载工况下张力波动最大，空载工况下波动最小；500 s时机尾开始自移，空载工况下张力波动较为明显，且波动持续时间最长，波动衰减最慢；满载工况下510 s时驱动滚筒趋入点张力开始变化，载荷量为122kg/m工况下507 s时张力开始变化，空载工况下503 s时张力开始变化，说明满载工况下机尾自移时，应力波经10 s左右传到机头驱动滚筒，而空载工况下经3s左右传到机头驱动滚筒，载荷越大，应力波传播速度越慢。

图5为带式输送机启动过程中不同载荷下机尾自移速度曲线。由图5可知，10 s带式输送机开始启动，空载工况下43 s时机尾开始产生速度，载荷量122kg/m工况下58 s时机尾开始产生速度，满载时69 s机尾开始产生速度，因此，载荷量越大，在带式输送机启动过程中，机尾的速度响应就越为滞后。

图6为带式输送机启动过程中不同载荷游动小车速度曲线。由图6可知，满载时速度峰值为0. 18 m/s；载荷量为122 kg/m时，速度峰值为0.14 m／s;空载工况下，速度峰值为0. 08 m/s，因此，载荷量越大，输送机启动过程中游动小车的速度峰值也越大。

图7为不同载荷下机尾自移过程中游动小车速度曲线。由图7可知，在机尾开始自移后，游动小车均在502 s左右产生速度变化，其峰值未呈现出明显规律，但衰减速度规律明显；满载时，游动小车速度波动持续时间最短，其波动衰减速度最快；空载工况下，则速度波动持续时间最长，因此，载荷越大，带式输送机机尾自移过程中，游动小车速度波动衰减越快。

3结语

通过在AMEsim中对可伸缩带式输送机的建模及仿真，分析了可伸缩带式输送机在不同载荷下的启动、张紧力变化、机尾自移等工况下的动态特性，并得出了以下结论：①带式输送机启动过程中，载荷量越大，驱动滚筒趋人点张力越大，且张力波动越大，机尾速度响应滞后越为明显，且游动小车速度峰值越大；②拉紧力变化过程中，载荷量越大，驱动滚筒趋入点张力波动越大；③机尾自移时，载荷量越大，应力波传到机头的速度越慢，驱动滚筒趋入点张力波动衰减越快，游动小车速度波动衰减也越快。

4摘要：建立了可伸缩带式输送机AMESim模型，对输送机在不同载荷下启动、满速运行和机尾自移等过程进行了仿真。仿真结果表明，带式输送机启动过程中，载荷量对驱动滚筒趋入点张力、机尾速度响应时间和游动小车速度峰值等均有明显影响；拉紧力变化过程中，载荷量越大，驱动滚筒趋入点张力波动越大；机尾自移时，载荷量越大，应力波传到机头的速度越慢，驱动滚筒趋入点张力波动和游动小车速度波动衰减越快。