基于AMEsim 對帶式輸送機綜合傳動系統仿真分析

琚素英

（西山煤電集團公司官地煤礦， 山西 太原 030022）

引言

作為一種結構簡單、經濟性好的散料運輸設備，帶式輸送機廣泛應用在煤炭運輸中，隨著輸送機不斷朝著大型化、長距離、大運量、高帶速方向發展，對輸送機的傳動系統的工作穩定性和可靠性提出了更高的要求。現有的帶式輸送機的驅動系統主要包括液力耦合器、變頻電機、液壓驅動馬達等，在實際使用過程中均存在著輸送機啟動時振動沖擊大、傳動系統的傳動效率低的問題，嚴重影響了帶式輸送機的運行穩定性和安全性。為了提高輸送機在啟動過程中的穩定性，本文結合各類型的驅動設備結構特點，提出了一種機電液綜合傳動系統，以交流變頻調速[1]為基礎、液壓傳動馬達控制為輔助的綜合傳動控制系統，有效利用了變頻驅動啟動電流小、工作效率高，以及液壓傳動馬達所具有的啟動轉矩大的優點，采用AMEsim 仿真分析軟件對其綜合傳動控制效果進行了分析，結果表明該控制系統具有穩定性高、可靠性好的優點，能顯著提升輸送機傳動系統的工作穩定性和可靠性。

1 綜合傳動系統結構及特點

根據帶式輸送機工作時的特性，本文提出的基于機電液一體控制的綜合傳動系統[2]的整體結構如圖1 所示。

圖1 帶式輸送機綜合傳動系統結構示意圖

根據帶式輸送機在不同啟動工況下的啟動特性要求，當帶式輸送機在輕載運行啟動的條件下，該綜合傳動系統僅依靠系統內的驅動電機即可完成該輸送機系統的啟動。當帶式輸送機在極限滿載的工況下啟動時，若僅依靠電機啟動，則在啟動瞬間所需要的啟動力矩極大，而當輸送機系統穩定運行后的力矩僅為啟動力矩的2/3，這樣就會導致驅動電機在運行過程中出現低效工作區域，能耗大、效率低。故在此工況下依靠系統內的液壓馬達作為一個輔助的啟動動力源，在開始啟動時，利用蓄能器內存儲的高壓油驅動馬達運行，和驅動電機一起完成帶式輸送機滿載工況下的穩定啟動，啟動完成后液壓馬達關閉，此時驅動電機所輸出的轉矩為輸送機穩定運行時的轉矩，能夠確保該驅動電機在整個驅動期間，處于穩定高效的負載工作區域。

2 綜合傳動系統的仿真分析

由于帶式輸送機在啟動階段對傳動系統的功率和穩定性要求最高，因此本文利用AMEsim 仿真分析軟件[3]建立該綜合傳動系統的仿真分析模型，對帶式輸送機在滿載啟動時的傳動特性進行仿真分析，以確認該綜合傳動系統的應用效果。

在實際應用的過程中為了確保帶式輸送機的綜合傳動系統工作的穩定性，創造性地采用了液壓馬達和驅動電機聯合驅動的方式，完成大轉矩的啟動需求后控制液壓馬達退出工作，后續帶式輸送機系統的正常運行完全依靠驅動電機的獨立驅動，工作過程中馬達和電機的轉速、功率變化曲線如下頁圖2所示。

由仿真分析結果可知，帶式輸送機系統的設定啟動時間約為60 s，在啟動過程中驅動電機和液壓馬達的功率之和即為輸送機系統啟動時所需的滿載啟動功率，同時將在啟動過程中的各關鍵部位的轉速情況進行合成。當帶式輸送機完成啟動后液壓馬達的功率逐漸降低到零，驅動電機保持穩定的輸送機運行驅動功率。電機轉速通過減速系統使轉速轉換為穩定的行星架的轉速，從而確保了輸送機系統在啟動過程中轉速的平穩性。

圖2 綜合傳動系統仿真結果示意圖

根據分析可知，該綜合傳動控制系統在驅動電機和液壓馬達的共同作用下，能夠將電機啟動時的啟動轉矩減少1/3，有效避免了功率浪費，提升了能量利用效率，同時通過傳動系統的轉速合成，確保了在啟動過程中的速度曲線完全按照設定的S 形運行曲線來進行[4]，確保了輸送機系統在啟動過程中的穩定性，降低了啟動沖擊，達到了預期目的。

3 結論

1）該綜合傳動系統依靠系統內的液壓馬達作為一個輔助的啟動動力源，在開始啟動時，利用蓄能器內存儲的高壓油驅動馬達運行和驅動電機一起完成帶式輸送機滿載工況下的穩定啟動，啟動完成后液壓馬達關閉，能夠確保該驅動電機在整個驅動期間，處于穩定高效的負載工作區域。

2）該傳動系統能夠將電機啟動時的啟動轉矩減小1/3，有效避免了功率浪費，提升了能量利用效率，同時通過傳動系統的轉速合成，確保了在啟動過程中的速度曲線完全按照設定的S 形運行曲線來進行，確保了輸送機系統在啟動過程中的穩定性，降低了啟動沖擊。