带式输送机托辊数量的优化设计.pdf

第 3 0卷第 2期 2 0 0 9年 2月 煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e V0 1 ． 3 O No ． 2 F e b ．2 0 O 9 口 设计 计算 带 式输 送机 托 辊数 量 的优 化设 计 祝 小 军 盐城工学 院 ， 江苏 盐城 2 2 4 0 0 3 摘要 以带式输送机承载托辊和空载托辊数量为变量 ， 托辊主要 阻力为 目标函数， 分析托辊 数量的影响因素， 确定约束条件 ， 建立优化设计的数 学模型， 用 M A T L A B编写出优化程序， 运行程 序， 得 出优化参数 ， 并用实例加以比较和验证。 关键词 带式输送机 ；托辊 ；优化 ；数学模型 中图分类号 T D 5 2 8 文献标志码 A文章编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 9 0 2 0 0 1 3 0 3 Op t i mi z i n g a n d D e s i g n o f Qu a n t i t y o f B e l t Co n v e y o r s R o l l e r Z HU X i a o j u n Y a n c h e n g I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 。 Y a n c h e n g 2 2 4 0 0 3 C h i n a Ab s t r a c t T a k i n g t h e q u a n t i t i e s o f c o n v e y o r ’ S r o l l e r s a n d n oc o n v e y o r’ S r o l l e r s a s v a r i a b l e a n d t h e ma i n r e s i s t e n c e a s o b j e c t i v e f u n c t i o n I c o u l d a n a l y s e t h e f a c t o r s t h a t i n f l u e n c i n g t h e r o l l e rs q u a n t i t y a n d i d e n t i f y t h e t e r ms o f r e s t r i c t i o n-S O a s t o e s t a b l i s h t h e ma t h e ma t i c s mo d e l o f o p t i c i z e d d e s i g n a n d c o mp i l e t h e o p t i mi z e d p r o c e du r e wi t h MATLAB，t h e n o bt a i n i n g t h e o p t i mi z e d p a r a me t e r b y o p e r a t i n g t h e p r o c e d u r e ． Th a t s h o u l d b e c o n fir me d b y a n e x a mpl e． Ke y wor d sbe l t c o n v e y o r ；r o l l e r ；o p t i mi z i n g；ma t h e ma t i c s mo d e l 0前言 带式输送机的托辊是输送机重要的部件 ， 其 主 要作用是承受物料和输送带的重量。在输送机的路 线上布置着成百上千的托辊 ， 约 占输送机总成本 的 1 ／ 3。 对带式输送机而言， 托辊数量过多或过少都是 不合理的。如果布置的托辊数量过少 ， 虽然节约 了 成本 ， 但增加了托辊布置的间距 ， 辊间输送带下垂量 加大， 引起带和物料更强的振动和更大的阻力 ； 如果 托辊数量过多 ， 不但增加了成本 ， 也增加了输送机的 运行阻力。因此 ， 对输送机托辊数量进行优化 ， 合理 配置， 在保证使用性能和要求前提下 ， 使用较少数量 的托辊是很有必要的。 徐州利 国煤矿一带式输送机 ， 使用近 2 a ， 经工 程技术人员研究和测试 ， 发现存在如下问题 1 输送机工作时能耗较 大， 可能与托辊分布 过密有关 ； 2 工作时噪音较大 ， 但输送机整体振动较小 ； 3 工作时输送带有跑偏现象 ， 可能 与承载托 辊位置安装不准确有关 ； 4 电动机发生 2次烧毁现象。 1 输送机主要技术参数 输送机输送物料为上运行 ， 单滚筒驱动， 露天工 作 ， 平均每天工作 1 6 h ， 主要工作参数 工作长度 L ／ m 1 2 7 输送能力 Q ／ t h 6 7 5 输送带正常工作速度 v ／ m S 2 输送物料密度p ／ t m～ 2 。 3 4 输送物料提升高度 H ／ m 1 4 ． 5 输送物料最大粒度 a ／ m 0 ． 3 输送机辅助参数 输送带单位长度质量 q B ／ k g m～ 1 3 ． 9 上托辊旋转部分质量 m ／ k g 3 4 ． 9 2 下托辊旋转部分质量 m ／ k g 2 9 ． 9 9 上托辊的模拟摩擦系数． 0 ． 0 3 下托辊的模拟摩擦系数． 0 ． 0 3 输送机设计与工作要求 承载段输送带最小拉力 T ／ N 3 1 0 0 0 空载段输送带最小拉力 ； ／ N 1 5 0 0 0 上托辊数控制在 6 o～l 2 0 下托辊数控制在 3 0 1 2 0 承载段输送带最大允许下垂量 h i ／ m 0 ． 0 3 5 空载段输送带最大允许下垂量 h 2 ／ m 0 ． 0 9 根据上述参数和要求 ， 确定承载段和空载段托 辊的最小用量。MA r I I B是一种面向科学与工程计 算的高级语 言， 具有高效 、 方便 的编程效率。利用 ～ l 3 一 V o 1 ． 3 0 N o ． 2 带式输送机托辊数量 的优化设计祝小军 第 3 0卷第 2期 M A T L A B 7 ． 0语言编写输送机托辊数量优化计算程 序可很快得出结果 。 2确定 目标函数 在输送机的所有阻力中， 与托辊有关的是上下 托辊主要阻力 ， 舯和 F 舰， 以两者 的和 取最小值 为优化 目标 。 上托辊主要阻力 F m g m1 n 1 正 q G q B C O S 下托辊主要阻力 F m Ag m2 n 2 L g q B C O S 主要阻力 f l g ． r n l n l 呶 ， l 2 c 0 s 届 q C O S 式 中q c 输送物料单位长度质量 ， q c 9 3 ． 7 5 k g ／m 卢输送机安装倾角 ， 卢a r c s i n H ／ L 6 ． 5 5 6。； g 重力加速度 ， g 9 ． 8 1 m ／ s 。 取设计变量 [ 1 ， 2 ] T[ n 1 ， n 2 ] T 式中1 1 ． 、 i ．i．2 上下托辊数量 。 目标函数 ， g m1 I g m2 2 g 上 g C O S q B L g C O S 卢 代入有关参数得 F 1 0 ． 2 8 x l 8 ． 8 3 x 2 4 5 1 3 ． 4 1 3确定约束条件 1 为 了使输送机正 常工作 ， 承载段 托辊间距 必须小于输送物料的最大尺寸的一半 ， 于是有 n 12LO 代人参数 ， 得约束条件 0 ． 3 x 1 2 5 4 2 2 承载段输送带最大下垂量必须小于允许的 最大下垂量 h ， 于是有 一 8 1 m i l 1 q B q G L 2 g ≤0 代人参数 ， 得约束条件 一 8 6 8 0 x 1 7 0 3 3 0 0 0 0 3 3 回程段输送带最大下垂量必须小于允许 的 最大下垂量 h ， 于是有 一 8 i h 2 x ； q B L g ≤ O 代人参数 ， 得约束条件 一 1 0 8 0 0 x 2 1 9 9 3 0 0 0 4 4 根据“ 上托辊数控制 在 6 01 2 0 ， 下托辊数 控制在 3 01 2 0 ” 的设计要求 ， 确定边界约束条件 一 l≤ 一 6 0 5 1 ≤1 2 0 ． 6 一 2 ≤ 一 3 0 7 2 ≤1 2 0 8 4用 MA T L A B 7 ． 0编 写优 化 程序 1 根据式 1 ， 编写 目标函数的 M文件 f u n c t i o n f o b j f u n b x f 1 0 ． 2 8} x 1 8 ． 8 3，lc x 2 4 5 1 3 ． 4 2 根据式 3 、 式 4 ， 编写非线性不等 约束 的 M文件 ． f u n c t i o n [ C ， c e q ] c o n f u n b x c [一 8 6 8 0 x 1 1 7 0 3 3 0 0 0； 一1 0 8 0 0 X 2 2 1 9 9 3 0 0 ] c e q[ ] 3 根据式 2 、 式 5 、 式 6 、 式 7 ， 激活命 令窗 口， 并在命令窗 口中输入 A[ 0 ． 3 ， 0 ； 一1 ， 0； l ， 0 ； O， 一1 ； O ， 1 ] b[ 2 5 4； 一6 0； 1 2 0 ； 一 3 0 ； 1 2 0 ] 0 [ 7 0， 7 0 ] o p t i o n so p t i ms e t ‘ L a r g e S c a l e ’ ， ‘ o ff ’ ； [ x ， f v a l ， e x i t fl a g ， o u t p u t ， l a mb d a ]⋯ f m i n c o n o b j f u n b ， x 0， A， b ， [ ] ， [ ] ， [ ] ， [ ] ， c o n f u n b ， o p t i o n s 5运行 结 果 运行优化程序得到的优化参数 上托辊数 凡 ， 6 0 ， 下托辊数 凡 2 3 0， 主要阻力 F 5 3 9 5 ． 1 N。 改进前后数据和实测结果见表 l 。 表 1 优化前后参数记 录 从表 1中可知 ， 经过优化与分析 ， 上托辊数可减 少 4 6只 ， 下托辊数可减少 1 3只， 阻力减少 5 8 7 ． 7 N， 阻力减少幅度近 1 0 ％， 其效果是非常明显的。 根据得 出的优化参数 ， 对托辊进行调整 ， 安装时 做到以下几点 1 机头部位 承载托辊 间距保持不变 ， 从而保 证进料时系统的平稳性 ； 2 尽量使用质量较好 的托辊 ， 对于拆卸下来 有问题的托辊经维修合格后才能使用 ； 一 1 4 第 3 O卷第 2期 2 0 0 9年 2月 煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e V0 1 ． 3 O No ． 2 F e b．2 0 o 9 整体履 带板用驱动轮齿形的设计方法 高春花 佳木斯煤矿机 械有 限公 司， 黑龙 江 佳木斯 1 5 4 0 0 3 摘要 目前悬臂式掘进机 多采用履带式行走机构 ， 该行走机构采用整体式履带板， 由驱动轮 驱动履带板， 从而实现整机的移动。驱动轮的齿形设计是驱动平稳可靠的关键， 提出一种比较简单 而且 实用的设计方法。 供相关设计人员参考。 关键词 整体式履带板 ；驱动轮 ；齿形 中图分类号 T H1 3 2文献标志码A文章编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 9 0 2 0 0 1 5 0 2 De s i g n M e t ho d f o r Te e t h S h a p e o f Dr i v i n g W h e e l o f Ho l i s t i c Tr a c k GA0 Ch u n h u a J i a m u s i C o a l Mi n i n g M a c h i n e r y C o ． ， L t d ． ， J i a m u s i 1 5 4 0 0 3 ， C h i n a Ab s t r a c t No w t h e b o o m t y p e r o a d h e a de r h a s t r a c k t r a v e l u n i t ．An d t r a c k t r a v e l u ni t a l wa y s u s e s h o l i s t i c t r a c k ． T h e d ri v i n g w h e e l d riv e t h e tra c k， t h e n t h e r o a d h e a d e r mo v e b y t h e m．Th e d e s i g n o f the d ri v i n g wh e e l i s v e r y i mp o r t a n t f o r the t r a v e l s mo o th a n d r e l i a bi l i t y ．A s i mp l e a n d p r a c t i c ali t y me t h o d we r e i n t r o - d u c e d ．I t c a n p r o v i d e r e f e r e n c e for e n n e e r d e s i gn ． K e y wo r d sh o l i s t i c t r a c k； d riv i n g wh e e l ； t e e t h s h a pe 0引言 目前煤矿用掘进机多采用整体式履带板， 由驱 动轮驱动履带板 ， 从而实现整机的移动。履带板可 遵照 MT ／ T 5 7 91 9 9 6悬臂式掘进机履带板及其销 轴标准设计 ， 但是驱动轮没有相应的设计标准 ， 各厂 家都有 自己的设计方法 ， 但没有达成共识的设计方 法 ， 本文提出一种比较简单而且实用的设计方法 ， 供 相关设计人员参考。 1 履带式行走机构驱动方式 总结国内外众多生产厂家的掘进机 ， 行走机构 形式有 3种 迈步式 、 导轨式和履带式。前 2种方式 都行走不灵活 ， 只能在特殊的地质条件下使用 ， 局限 性很强而不被广泛采用。目前国内外部分断面掘进 机通常都是采用履带式行走机构 ， 履带式行走机构 适用于底板不平或松软的条件 ， 不需要修路铺轨， 具 有牵引力大 ， 机动性 能好 ， 工作可靠 ， 调动灵活和对 底板适应性好等优点 ， 但是结构复杂， 零配件磨损较 严重。佳木斯煤矿机械有限公司的掘进机也同样都 采用履带式行走机构。 履带式行走机构驱动方式有 2种 ①工程机械 3 确保每个托辊 特别是承载托辊 的辊子轴 线与输送带运行方向垂直； 4 托辊安装牢靠 ， 不能有松动。 通过对输送机的改进 ， 其工作性 能和工作状况 有了一定的改善 ， 振动和噪音明显降低 ， 跑偏现象很 少发生， 达到预期 目的。 参考文献 [ 1 ] 李宏德 ， 孙爱芳． 带式输送机机械传动系统方案设计专家 系统研 究[ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 0 8， 2 9 2 1 4 11 4 2 ． 【 2 ] 鲁金海 ， 武保全． 带式输送机机尾系统改造[ J ] ． 煤矿机械， 2 0 0 7 ． 2 8 7 1 1 81 2 0 ． [ 3 ] 孙靖 民． 机械优化设计 [ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 1 9 9 8， 7 ． [ 4 ] 张钺． 新型带式输送机设计手册[ K ] ． 北京 冶金工业出版社， 2 0 0 7， 2． [ 5] 洪致育等． 连续输送机 [ M] ． 北京 机械工业出版社． 1 9 8 2 ， 1 2 ． 作者简介 祝小军 1 9 6 3一 ， 江苏东 台人 ， 高级工 程师 。 上海 理 工大学毕业 ， 硕士学位 ， 机械设计制造及其 自动化专业 ， 主要从事 机 械设计与制造的研究与教学工作 ， 电子信箱 z x j y c i t ． c n ． 一 l 5 一 收稿 日期 2 0 0 81 0一 o 4