帶式輸送機(jī)啟動階段的優(yōu)化設(shè)計

王紀(jì)東

（山西陽煤寺家莊煤業(yè)有限責(zé)任公司運(yùn)輸隊，山西 晉中 030600）

引言

帶式輸送機(jī)為目前應(yīng)用最為廣泛的運(yùn)輸設(shè)備，其正朝著大運(yùn)量、長距離以及大功率的方向發(fā)展，進(jìn)而對帶式輸送機(jī)的啟動特性提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。在實(shí)際應(yīng)用中，帶式輸送機(jī)存在空載、重載以及滿載的啟動情況[1]。因此，為保證設(shè)備的平穩(wěn)啟動且不對工作面電網(wǎng)造成沖擊，需加強(qiáng)對設(shè)備啟動特性的研究，并對啟動參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

1 設(shè)備概況

M212 帶式輸送機(jī)為當(dāng)前應(yīng)用于寺家莊煤礦時間相對最長的運(yùn)輸設(shè)備，M212 帶式輸送機(jī)采用直接啟動的方式，與其他帶式輸送機(jī)變頻啟動、軟啟動等相比存在輸送帶動張力過大、驅(qū)動滾筒驅(qū)動力矩過大的問題。因此，M212 帶式輸送機(jī)在實(shí)際運(yùn)輸任務(wù)中常出現(xiàn)斷帶、跑偏、縱撕等安全事故。

經(jīng)研究可知，影響帶式輸送機(jī)啟動特性的因素眾多，繼而影響帶式輸送機(jī)的動態(tài)特性。其中，權(quán)重較大的影響因素包括有帶式輸送機(jī)的啟動方式、啟動時間、啟動速度等。因此，本文從帶式輸送機(jī)的啟動方式、啟動時間、啟動速度等參數(shù)研究設(shè)備的啟動特性，并對上述參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化達(dá)到降低輸送帶張力的目的，繼而解決帶式輸送機(jī)斷帶、跑偏、縱撕等事故的發(fā)生[2]。

2 帶式輸送機(jī)模型的搭建

本文以M212 帶式輸送機(jī)為研究對象，并基于RecurDyn 軟件對設(shè)備進(jìn)行虛擬樣機(jī)建模。虛擬研究建模所依據(jù)的關(guān)鍵參數(shù)如表1 所示。

經(jīng)查表可得：M212 帶式輸送機(jī)輸送帶的縱向拉伸強(qiáng)度為630 N/mm，每平方米輸送帶的質(zhì)量為21 kg。根據(jù)表1 中帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)，基于RecurDyn 軟件搭建的虛擬樣機(jī)模型如圖1 所示。

表1 M212 帶式輸送機(jī)關(guān)鍵參數(shù)

圖1 M212 帶式輸送機(jī)虛擬樣機(jī)模型

基于如圖1 所搭建的模型，本文將著重研究不同啟動曲線、不同啟動時間以及不同啟動速度下帶式輸送機(jī)啟動時輸送帶的張力變化情況。

3 帶式輸送機(jī)啟動參數(shù)的優(yōu)化

3.1 不同啟動曲線下輸送帶的張力變化

帶式輸送機(jī)在啟動階段由于加速度突變或者加速度過大的原因產(chǎn)生較大的動載荷。其中，啟動階段加速度突變會對設(shè)備造成沖擊；啟動階段加速度過大使得設(shè)備產(chǎn)生較大的慣性[3]。目前，M212 帶式輸送機(jī)采用直接啟動方式，其加速度突變較大且加速度的最大值較大。因此，M212 帶式輸送機(jī)啟動時會對系統(tǒng)造成較大沖擊的同時產(chǎn)生較大的慣性力。

本節(jié)將分析Harrison 啟動曲線、Nordell 啟動曲線、S 形啟動曲線和恒加速曲線下輸送帶的張力變化。設(shè)定仿真時長為10 s，預(yù)定帶式輸送機(jī)驅(qū)動滾筒的角速度為5 rad/s，且設(shè)定在四種啟動曲線下的啟動時間均為5 s。即，在四種啟動曲線下滾筒角速度均在啟動5 s 后達(dá)到設(shè)定的5 rad/s。在此階段，不同啟動曲線下對應(yīng)輸送帶的張力變化如下頁圖2 所示。

圖2 不同啟動曲線下輸送帶的張力變化情況

如圖2 所示，在Harrison 啟動曲線下輸送帶的峰值張力最大，其次為等加速度啟動曲線和Nordell啟動曲線，S 形啟動曲線下輸送帶的峰值張力最小。而且，等加速度曲線下系統(tǒng)的加速度存在突變，從而對帶式輸送機(jī)造成沖擊。因此，排除Harrison 和等加速度的啟動曲線用于帶式輸送機(jī)的啟動。

對于Nordell 啟動曲線，其張力峰值為19 705.82 N；S 形啟動曲線的張力峰值為19 038.89 N，而且該啟動曲線下出現(xiàn)張力峰值的時間相對其他啟動曲線滯后，從而對系統(tǒng)所造成的沖擊較小，給予系統(tǒng)沖擊足夠的緩沖時間。

其實(shí)，我并不知道這里是什么地方。此刻我是在一個很大很長的房間里，兩邊各有一排床，有的床中間用簾子隔開。房間的右邊是護(hù)士站。如果我沒猜錯，這里肯定是無畏派的人生病或受傷時來的地方。一個護(hù)士從寫字夾板上方抬起頭來看我們，我還是第一次看到耳朵上打那么多洞的護(hù)士。一些無畏派的人自愿做一些傳統(tǒng)上由其他派別來負(fù)責(zé)的工作，畢竟，無畏者每次受傷都長途跋涉去市中心的醫(yī)院看病很不劃算。

綜上所述，采用S 形啟動曲線用于對帶式輸送機(jī)的啟動，能夠有效降低輸送帶張力峰值，降低對系統(tǒng)的沖擊。

3.2 不同啟動時間下輸送帶的張力變化

經(jīng)3.1 研究可知，S 形啟動曲線對系統(tǒng)的造成的沖擊力最小，且輸送帶的峰值較小[4]。因此，本節(jié)將以S 形啟動曲線對帶式輸送機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，研究不同啟動時間下帶式輸送機(jī)輸送帶的張力變化情況。啟動時間分為預(yù)啟動時間和加速度時間。

3.2.1 不同預(yù)啟動時間下輸送帶的張力變化

設(shè)定預(yù)啟動時間為1 s、5 s、10 s，不同預(yù)啟動時間下帶式輸送機(jī)輸送帶張力變化如圖3 所示。

圖3 不同預(yù)啟動時間下輸送帶張力變化

如圖3 所示，預(yù)啟動時間為1 s 時輸送帶最大張力出現(xiàn)于2.3 s，且最大值為19 038.89 N；預(yù)啟動時間為5 s 輸送帶最大張力出現(xiàn)于4.85 s，且最大值為16 289.83 N；預(yù)啟動時間為10 s 輸送帶最大張力出現(xiàn)于8.2 s，且最大值為10 340.55 N。綜上所述，輸送帶最大張力隨著預(yù)啟動時間的延長而降低。

3.2.2 不同加速時間下輸送帶的張力變化

圖4 不同加速啟動時間下輸送帶的張力變化

如圖4 所示，當(dāng)加速時間為3 s 時，輸送帶張力峰值為18 801 N，當(dāng)加速時間為20 s 時，輸送帶張力峰值為7 447 N。隨著加速時間的延長，帶式輸送機(jī)輸送帶張力峰值不斷減小，且變化趨勢更加平緩。

綜上所述，啟動時間的延長（預(yù)啟動時間和加速度時間）能夠降低輸送帶張力的峰值，可降低對系統(tǒng)的沖擊[5]。

3.3 不同啟動速度下輸送帶的張力變化

設(shè)定啟動速度分別為5 rad/s、8 rad/s、10 rad/s 以及15 rad/s，不同啟動速度下輸送帶的張力變化如圖5 所示。

圖5 不同啟動速度下輸送帶的張力變化

如圖5 所示，隨著啟動速度的不斷增加，對應(yīng)輸送帶的張力不斷增加；而且，隨著啟動速度的增加，輸送帶的張力波動較大，進(jìn)而對系統(tǒng)造成的沖擊較大。因此，以5 rad/s 的啟動速度最佳。

4 結(jié)論

隨著帶式輸送機(jī)朝著大運(yùn)量、長距離以及高功率的方向發(fā)展，對帶式輸送機(jī)的啟動特性提出了更高的要求。為保證帶式輸送機(jī)啟動階段對系統(tǒng)造成的沖擊，提升系統(tǒng)的可靠性，本文對帶式輸送機(jī)啟動階段的參數(shù)特性進(jìn)行研究：

1）S 形啟動曲線下對系統(tǒng)造成的沖擊力最小，且系統(tǒng)的慣性也最?。?/p>

2）隨著啟動時間的延長，輸送帶的張力峰值最??；且最佳預(yù)啟動時間為10 s，加速度時間為20 s；

3）隨著啟動速度的增加，輸送帶張力峰值增大且張力波動較大，最佳啟動速度為5 rad/s。