可伸缩带式输送机启动过程分析.pdf

第 6期 总第 9 9期 N o ． 6 S U M N o ． 9 9 机械管 理开 发 MEC HANI CAL MANAGE MENT AND DEVE L OP ME NT 2 0 0 7年 1 2月 De x， 2 00 7 可伸 缩带式输送机启动过程分析 李 莉 寇子 明 f 太原理工大学机械工程学院 山西 太原0 3 0 0 2 4 【 摘要】 介绍可伸缩带式输送机的工作方式， 分析带式输送机的启动过程中动誊荷的变 ， 比较了几种加速度控 制曲线的起 动特性 ． 得 出采用延长启动时间 ， 并连续均 匀加 、 减速 方法来实现软 启动 。 【 关键词】 带式输送机 ； 动 载荷 ； 加速度 曲线 ； 软启动 【 中图分类号】 T H 2 2 2 【 文献标识码】 A 【 文章编号】 1 0 0 3 - 7 7 3 X 2 0 0 7 0 6 0 0 5 7 0 3 l 可伸 缩 带式 输送 机 的工作 方式 可伸缩带式输送机一般作顺槽运输用 ，转载机将 物料卸至输送机尾胶带上 ， 随着工作面的前移或后退 ， 转载机也跟着移动． 为 了使机尾能与转载机配合 ， 带式 输送机机身也要不断加长或缩短。由于胶带是封 闭的 环形， 必须相应于机身的每一次移动加长或缩短。 这在 工艺上显然是不合理的， 也是不可能的。所 以， 可伸缩 带式输送机增设了储带装置 。其主要作用是把可伸缩 带式输送机伸长前或缩短后一定长度的多余胶带暂时 储存起来 ， 以满足工作面持续前进或后退 的需要。 伸缩 式带式输送机适应工作面移动有两种方式 1 利用 桥式转载机与输送机机尾的搭接长度 ，也就是皮带机 的长度不变， 改变转载机在皮带机机尾的卸载点位置。 2 通过拆除部分 中间架 ， 使机身缩短 。 机尾前移一定 长度 ， 卸载点又恢复到初始位置。 图 1工 作 面转 载 机 和 储 帝 关 系 图 2带式 输送 机 的启 动 带式输送机作为一个复杂的机电系统 ． 负载重、 带 速高， 在启动和停车的过渡过程 中． 输送带中将产生很 大的动张力 ， 可能导致输送带 的整体或局部滑动 ， 引起 输送带传动面及驱动滚筒衬垫强烈磨损和发热 ，使输 送带与滚筒 间粘着系数降低 ，甚至难于继续启动和运 行 。 带式输送机的启动过程总体分为三个阶段 初动阶 段 ， 由牵动整条输送带所需的时间决定 静阻力施加于 驱动滚筒的阶段 ，由静阻力从最后一个托辊组反射 回 驱动滚筒所需的时间决定 ；以及输送机启动到额定速 作者简介 李莉， 女， 1 9 7 6年 生， 太原理 工大学在读硕 士研 究生。 度 的阶段 输 送机 的启 动 过程 是一 个不 稳定 的工况 ，由于所 采 用 的交 流 电机特性 的影 响 ，输 送带 中的动 张力 往往 在启动过程中达到最大值。 输送带是一个粘弹性体 ， 在 驱动力的作用下会产生粘弹性变形 ，由于不稳定而产 生动张力 ．同时输送带在启动前各部分的静阻力各不 相 同， 是一个逐级启动的过程。 对输送带中的某一带段 来说 ． 只有它两端的拉力差大于它所受 的静阻力时 ， 才 会启动。在启动的一瞬间， 静阻力变为动阻力 ， 带段开 始运动 。 输送带的张力在初张力的基础上增加 ， 驱动装 置输入的驱动装置的加速 ； 当输入 的驱动力突变时 ， 对 输送带会产生冲击 。 产生峰值张力 ， 最有效的调整办法 是通过软启动装置改变驱动装置的机械特性 ，使输入 平稳变化 ， 以消除峰值张力 。 3 启动 过 程的 动载 荷分 析 在非稳定运动状态下 ，输送带除受静张力作用之 外， 还受速度变化引起的附加张力的作用。动张力与静 张力的叠加 ，引起输送带在驱动滚筒处张力的平均分 配． 导致输送机 的不平稳运行 ， 甚至引发输送带接头的 失效、 滚筒及其它部件的损坏 ， 破坏输送机的正常运转。 在对带式输送机启动过程的动载荷进行分析时采 取 如下 假定 驱 动滚 筒 与输送 带 为摩擦 接触 ； 输 送带 在 滚 筒上无 滑动 阻 力系 数与 输送 带 的运行 速度 及 张力 无关 ； 输送带变形服从虎克定律。输送带为均质体系。 需用偏微分方程描述其动力过程。在输送机非稳定的 运动状态下 ， 输送带的动张力 由下式确定 S d c p v 。 1 式中 V为输送带截面的位移速度 f 启动时此速度与输 送带 的即 时速度 一 致1 ， 由于假 定输 送 带与 驱动 滚 筒之 间无滑动 ， 求得启动时驱动滚筒外缘的圆周速度 ， 可确 定输送带的动张力 。考虑到带式输送机若采用 固定式 拉紧装置 ，由 S 常数 ， S 为输送带奔离点的张力 ， 5 7 维普资讯 第 6期 总第 9 9期 机 械管 理 开 发 2 O 0 7年 l 2月 得 到 m。 p C V p C VFo一 。 mo 一 。 mo C V p c A F IC r p v。 mo 。 。 m 。 2 g D D 式 中 m 。为等效到滚筒外缘上驱动装置的质量 ； 为 减速器惯性矩 的系数 ，k 1 ． 2 ～ 1 ． 3 ； 为电动机机械特 性曲线斜度系数 ； i 为减速器 的速比 ； G 为电动机 转子的飞轮转矩 ； P 为输送 带承载分支的载荷线密 度 ； P 为输送带回空分支的载荷线密度 ； c 为输送带 承载分支张力 波的速度 ； c 为输送带 回空分支张力波 的速度 ； D为滚筒直径 ； △F为 驱动装置 的剩余力 ， A FF o W 。 由初始条件 t 0 时 V 0， 微分方程 1 的解为 ㈤ [eX p _ 1 1 。 3 根据公式 1 与 3 ， 可以求得输送带趋人点与奔 离点的动张力分别为 5 A 。 S o y㈤ 一 半 A 。 A 一 C ， P ， 一 C P 。 4 公式 4 表明 ， 输送带空载分支的动张力波为压力 波。空载启动时， P p ， 输送带两区段边界上发生 的 反射波可忽略不计。输送带趋人点与奔离点的动张力 分别为 协华 。 5 ㈤ _ 1 。 A 一 C ， P 一 C P 。 5 对 于带固定拉紧装置的输送机 ， 其启动时间 t ， 可 由式 3 求得 m o n[ ] 。 6 式中 △ 为输送机空载启动时 ，驱动装置的剩余力 ， AF F o - W； c 为弹性波沿空载输送带承载 区的传播 速度 ； p 『 _ _ 空载 输送 带 承 载 区的 载荷 线密 度 ； 为 弹性 波 返 回 驱 动 滚 筒 所 经 历 的 时 间 ； 2 L _ ； 5 8 为输送 带 的长度 ； V 为额定 带速 。 4软启 动 大型重载设备的软启动技术 ．一直是煤炭行业所 关注的焦点。所谓软启动是指机械系统即使是在满载 的工 况下 也能按 照 比较 理想 的速度 。逐 步克 服整 个 系 统的惯性而平稳地启动『 l J。就皮带而言 ． 理想的启动应 满足以下几点要求 1 降低电机启动电流和缩短启 动电流的冲击时间， 减少对其它在网电器设备的影响； 2 保证在启动过程中作用在机械设备上的启动冲击 量最小 ．从而延长减速器、胶带等关键部件 的使用寿 命 ； 3 多驱动功率平衡 ； 4 启动过程可控。理想的 启动速度装置 ， 应使带式输送机平稳启动 ， 且在整个启 动过程 中加速度的最大值较小 ． 没有加速度突变 ， 最大 限度地减小启动惯性力和启动冲击作用。澳大利亚专 家 H a r r s i o n提 出的启 动速 度 曲线见 图 1 。V t v 1 2 1 一 c o s r t ／ T 0 ≤t ≤T。式 中 V为设计带速 ； 为启动 时间。美 国专家 N o r d e l l 提 出的启动速度 曲线见图 2 。 V t 2 v t ／ T 2 0≤t ≤ T ／ 2；V t 一1 4 t ／ T一 2 t ／ ， T ／ 2≤t ≤T。式 中 V为设计带速 ； T为启动时间。 图 1 Ha mi s i o n 启 动 速 度 曲线 图 由于输 送 机在启 动 之前 。 输 送 带处 于 松 弛状 态 ．为 避 免 输 送 带 的 冲 击 ，将输送带拉紧启动 ， 可进一 步改善 启动峰 值 张力作用 。这样 ， 需要在 启动 开始 阶段 加入一 段 时 间延迟 段 ． D o d o g e最 佳 图2 No r d e l l 启 动 速 度 曲线 图 图 3 Do d o g e 启 动 速 度 曲线 图 起 动 曲线 见 图 3 。 延 迟 段 的速 度 一 般 取 设 计 带 速 的 1 0 ％。 在延迟段内， 下垂皮带被张紧 ， 延迟段结束后 ， 按 最 小 加 速 度 或 最 小 冲击 的方 式 完 成 输 送 机 的起 动过 程 ． 从而最大程度地降低了胶带输送机的启动张力[3 1 。 综上所述 ， 带式输送机启动时的软特性控制方法 ， 可采用延长启动时间 ．并连续均匀加、减速方法来实 现。输送机的安全性与经济性通常与启动或制动时的 动载荷有关 ． 因此 。 减小速度的变化律及其启制动时引 起 的动载荷 ．避免输送带在启动时与驱动滚筒产生滑 下转第 6 O页 维普资讯 第 6期 总第 9 9期 机 械 管 理 开 发 2 0 0 7年 l 2月 K U 5 l 1 ． ， 2 2 ． ， j j ． 3 4 4． ， ， r 埘e 图5 斗杆液压轴的受力分析 进入 P r o ／ E的 me c h a n i s m 菜单下 ， 分别设置密度 、 铲斗的质量 ， 然后根据工作装置的 3个 自由度 ， 在 3个 液压缸处建立 3个伺服电机 ， 对连接轴 动臂液压轴 、 斗杆液压轴 、 铲斗液压轴 设置约束和驱动 ， 如运动速 度、 加速度、 初始位置等。 然后进行动态仿真， 可以看出 工作装置的运动轨迹 ，动态分析后 ，可得到铲斗液压 轴 、 斗杆液压轴的应力分析结果。 4结束 语 利用 P r 0 ／ E的动态仿真技术 ，根据设计的物理参 数 、 形状特征、 运动特点和精度特性等真实地模拟了挖 掘机工作装置的三维装配过程 ． 检验 了其可装配性 ， 并 经过动态仿真和分析 ，不但检验 了其性能参数而且还 能尽早发现参数设计 中的错误 。实现 了数字化的形式 代替实物试验， 从而大大简化了设计开发过程 、 缩短 了 开发周期 、 减少了开发费用和成本 ， 是以后机械设计 的 趋 势 。 参考文献 【 1 】 张 铁． 液压挖掘机结构原理及使用 【 M 】 ． 北京 石油大学 出版社 ， 2 0 0 2 ． 『 2 ] 孙毅 ， 李岚． 基于 P R O ／ E的挖掘机液压轴的受力分析与 仿真． 组合机床与自动化加工技术 【 J ] ． 2 0 0 6 6 5 0 ～ 5 1 ． 【 3 】 同济大学． 单 斗液压挖掘机 第二版 【 M】 ． 北京 中 国建筑 工业 出版社 ． 1 9 8 6 ． 【 4 】 葛 云 ， 罗冬梅 ， 等． 基于 P r o ／ E的挖掘机铲土装置的建模 与 运动仿真 I J 1 ． 机械． 2 0 0 5 ， 6 3 2 4 3 ～ 4 4 ． 『 5 】 祝凌云 ， 李斌 ． P r o ／ E N G I N E E R运动仿真和有限元分 析 f M 】 ． 北京 人民邮电出版社 ， 2 0 0 4 ． 收稿 日期 2 0 0 7 0 4 1 1 修 回 13 期 2 0 0 7 0 9 1 0 Dy n a mi c s S i mu l a t i o n o f Ex c a v a t o r W o r k i n g De v i c e 1 2 Ya n g Ho n g Ch e n Ai h u a 1 ． S u y u Ro a d Ma n a g e me n t S t a t i o n， S u q i a n 2 2 3 8 0 5 ， J i a n g s u ； 2 ． T h e R e s e a r c h De p a r t me n t o f S u z h o u F o u n d r y Ma c h i n e ry Wo r k s Co ． ． L t d， S u z h o u 21 51 2 9 ，J i a n g s u ， Ch i n a [ A b s t r a c t ] 1 ’I l e p r o t o t y p e m o d e l o f e x c a v a t o r S w o r k i n g p i e c e s i s e s t a b l i s h e d w i t h P m／ E a n d t h e d y n a mi c s i mu l a t i o n i s p e r f o r me d u s i n g Me c h a n i s m a n d Me c h a n i c a l mo t i o n mo d u l e ． At l a s t ，t h e r e s u l t o f me c h a n i c a l a n a l y s i s o f s h o v e l b u c k e t h y d r a u l i c s h a f t an d b u c k e t r o d h y d r a u l i c s h a f t a r e s h o we d b y g r a p h s a n d t a b l e s ． [ Ke y w o r d s ] E x c a v a t o r ； P r o ／ E ； D y n a mi c s ； S i m u l a t i o n ，，，， 上接 第 5 8页 动， 限制驱动装置的加速力矩 ， 使启动时间大于弹性波 面环绕输送带的传递时间。 参 考 文 献 【 l 】 于学谦 ． 矿山运输 机械 [ M 】 ． 徐 州 中 国矿业大学出版社 ， 1 9 98 ． [ 2 J 黄万吉 ． 矿山运输机械设计 【 M 】 ． 沈阳 东北工业学院出版 社 ． 1 9 9 0 ． 【 3 1 张铖 ． 新型带式输送 机设计手册 I S 】 ． 北京 冶金工业 出 版 社 ． 2 0 01 ． 收稿 日期 2 0 0 7 0 3 2 8 修 回 日期 2 0 0 7 - 0 9 - 2 0 An a l y s i s o f S t a r t Pr o c e s s o f t h e Te l e s c o p i c Be l t Co n v e y o r Li Li Ko n Zi m i ng T a i y u a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， T a i y u a n 0 3 0 0 2 4 ，S h a n x i ， C h i n a [ Ab s t r a c t ] We i n t r o d u c e o p e r a t i n g m o d e o f t e l e s c o p i c b e l t c o n v e y o r ， a n a l y s e t h e v a r i e t y o f t h e d y n a mi c l o a d a n d c o n t r a s t o f t h e s t a rt i n g p e rf o rm a n c e u n d e r s e v e r a l a c c e l e r a t i o n c u r v e t o c o n c l u d e t h e i mp l e me n t a t i o n o f s o ft s t a rt wi t h e x t e n d i n g o f s t a r t t i me ， a c c e l e r a t i o n ， a n d d e c e l e r a t i o n ． [ Ke y wo r d s ] B e l t c o n v e y o r ； D y n a m i c l o a d ； A c c e l e r a t i o n c u r v e ； S o ft s t a r t 维普资讯