不同張緊方式下帶式輸送機的動態特性分析

秦 巖

（忻州神達棲鳳煤業有限公司，山西 忻州036700）

引言

作為煤礦上應用最為廣泛的物料輸送設備，帶式輸送機工作時的穩定性直接關系著煤礦上物料輸送的效率和安全性，由于輸送帶的黏彈性特性，輸送機在啟動和運行過程中需要維持一定的張力才能夠確保輸送帶和驅動滾筒之間有足夠的摩擦力，同時張緊裝置還起著平衡輸送帶在運行過程中的動張力、防止輸送帶跑偏的作用。目前應用較多的輸送帶的張緊方式包括液壓張緊方式、固定式張緊方式及重錘式張緊方式等，各種張緊方式對輸送機在啟動過程中的動態特性的影響具有較大的差別，因此本文對不同張緊方式下輸送帶的啟動特性進行研究。

1 現有張緊方式及原理

目前煤礦帶式輸送機所常用的張緊方式主要包括自動液壓絞車張緊裝置、重錘式張緊裝置以及永固式張緊裝置，各張緊裝置的工作原理總結如下[1]：

1）自動液壓絞車張緊裝置。該張緊裝置主要包括張力小車、液壓控制系統、執行油缸、張力監測系統等，通過對輸送帶內的張緊力的自動監控，判斷需要對輸送帶的調整形式，將判斷結果傳遞給液壓控制系統，控制執行油缸動作，通過張力小車實現對輸送帶松弛度的調整。

2）重錘式張緊裝置。重錘式張緊裝置主要包括配重塊、機架、改向滾筒及緩沖器等構成，主要是利用下側的配重裝置來對輸送帶的松弛度進行調整的，整體結構簡單，但由于配重塊的質量是固定的，因此只能確保輸送帶處于一種張緊狀態。

3）永固式張緊裝置又叫固定式張緊裝置，該類型的張緊裝置主要包括電動/手動絞車等，其能夠在帶式輸送及靜止時來調整輸送帶的松緊度，而當輸送機在運行時則無法進行調整，主要適用在傾角較小的輸送機系統上。

2 輸送帶分析模型的建模及邊界條件設置

根據帶式輸送機所應用的輸送帶所具有的黏彈性特性，在對不同張緊裝置對其動態特性的影響進行分析時，以輸送帶的K_V模型[2]作為輸送帶的動力學分析模型，利用adams仿真分析軟件分別建立帶式輸送機工作時的輸送帶部分、張緊部分和動力驅動部分的離散分析模型，對該動力學模型進行邊界條件設置時，以煤礦上普遍使用的典型帶式輸送機系統為研究對象，設置其全長為1 200 m，輸送帶穩定運行時的帶速為3.5 m/s，輸送帶的單位長度的質量為40 kg/m，輸送機啟動時的啟動特性曲線按照S曲線進行設置，輸送帶和驅動滾筒之間的摩擦系數設為0.03，重錘式輸送機系統的動力學模型如圖1所示[3]。

圖1 重錘式帶式輸送機動力學模型

3 帶式輸送機動態特性的仿真分析

以所建立的帶式輸送機的動力學模型為基礎，分別對其張緊方式模不同下的動態特性進行研究。

3.1 張力的仿真

輸送機在驅動滾筒位置的張力分布曲線如下頁圖2所示。

由仿真分析結果可知，當采用重錘式張緊方式和固定式張緊方式的情況下，帶式輸送機在開始啟動后均會出現一個較大的波動，輸送帶的最大張力可達187 kN，且張緊力的波動頻繁。當采用自動液壓絞車張緊方式的情況下，輸送機在啟動時的最大張力約為176 kN，而且張力變化時的幅度較小，張緊力的基本上無波動，穩定性要高于重錘式張緊方式和固定時張緊方式，而且啟動過程中的動張力也小于前兩者。

圖2 不同張緊方式下的輸送帶張力變化情況

3.2 加速度的仿真

不同張緊方式下張緊小車處的加速度變化曲線，如圖3所示。

圖3 不同張緊方式下的張緊小車處加速度變化曲線

由仿真分析結果可知，當在啟動時，由于輸送帶的黏彈性特性[4]使各類型的張緊裝置均無法及時進行響應，因此導致了張緊力的迅速降低。液壓自動張緊由于采用了張力監測系統，因此能夠最快的對張力變化情況進行分析，重錘張緊和固定式張緊只有當張力傳播到固定位置時才會進行相應的反應，因此響應速度相對滯后，而且在輸送帶黏彈性特性下輸送機固定張緊和重錘張緊只能隨著輸送帶的波動而波動，其加速度變化范圍可達±0.03 m/s2，液壓自動張緊方式的加速度變化范圍在±0.007 m/s2，平穩性遠高于重錘張緊和固定式張緊。

4 結論

1）自動液壓絞車張緊工作時張力變化時的幅度較小，張緊力基本上無波動，穩定性要高于重錘式張緊方式和固定式張緊方式，而且啟動過程中的動張力為176 kN，低于重錘式張緊和固定式張緊。

2）液壓自動張緊方式的張緊小車處的加速度變化范圍在±0.007 m/s2，平穩性遠高于重錘張緊和固定式張緊，且其響應時間快。

3）自動液壓絞車張緊方式對張力調節范圍廣，張力調節過程中的平穩性高、響應速度快，能極大地提升帶式輸送機運行的平穩性。