邓永胜
(山西焦煤西山煤电斜沟煤矿，山西 太原 030024)
随着煤矿开采量增加，长距离带式输送机已逐渐成为煤矿物料输送系统的关键机电设备，在煤矿生产过程中发挥着极其重要的作用[1-2]。由于带式输送机所处的环境比较恶劣，工况比较复杂， 受载多样，导致带式输送机在实际运行过程中纵向振动特性比较复杂。带式输送机的纵向振动将会导致输送带运行不平稳，容易造成撒料，导致带式输送机的运量降低。而当前国内对带式输送机的研究主要是对某些关键部件进行损坏检测，对带式输送机纵向振动特性的研究是以输送带作为关键部件进行分析，主要是对其张力进行分析[3]。
为此，笔者结合实际应用的煤矿带式输送机运行工况，分析了带式输送机整机结构和参数，采用数值模拟分析方法对带式输送机不同工况下的纵向振动特性进行了数值模拟，最终得出带式输送机在不同工况下的纵向振动规律，为后期带式输送机整机结构的设计和优化提供参考依据。
带式输送机是由驱动装置、张紧装置、输送带、支撑装置、滚筒等部件组成的一个比较复杂的物料输送系统，主要用于散料的输送。根据煤矿不同的物料输送要求，在电动机、制动器和变频的选型方面也有所不同[4]。文中以煤矿实际应用中使用的主井强力带式输送机作为研究和分析的对象，该主井的斜井总长度为1 440 m，选用的是DTL-160/300/4×1400型强力皮带机，实际的运输能力为3 000 t/h，输送带的宽度为1 600 m，输送带的运输速度为5 m/s。目前该套带式输送机采用的是双滚筒四电机驱动，其中使用的四个驱动单元是相同的，输送机总的长度为1 440 m，电动机的功率为1 400 kW，驱动滚筒的直径为2 000 m，如表1所列为带式输送机的基本参数特征和指标。
表1 带式输送机参数特征与指标
此带式输送机的实际适配物料的粒度在0～300 mm，堆重比为0.9 t/m3，制动器的型号为4×SHI201-1600，制动力矩为360 kN·m。随着煤矿开采量的不断增加，煤矿带式输送机向着大运量方向发展，此外带式输送机在实际运输物料过程会存在不同的运行工况，为此需要对带式输送机的实际运行工况进行分析，从而建立带式输送机的动力学模型。
带式输送机是常用的一种物料输送机电设备，在煤矿、矿山、码头和港口等场合应用非常广泛[5]。一般而言，需要根据实际使用场景对带式输送机进行合理布置，根据带式输送机的运动方向可以分为上运带式输送机、下运带式输送机、水平带式输送机等不同的布置形式，根据输送带是否满载可以分为空载运行工况、满载工况。
(1) 空载运行工况分析
空载运行工况是指带式输送机输送带上没有物料，一般而言是带式输送机刚启动时的状态，此时带式输送机机架结构仅受到皮带自重的作用，皮带没有物料的作用，此时带式输送机的突然启动会引起输送带突然性地振动，输送带内部会产生比较大的张力作用，出现张力峰值，造成结构的损坏[6]。
(2) 满载运行工况分析
满载运行工况是指带式输送机启动后，落料装置将散装物料落在皮带上，由皮带拖动物料向前输送，此时输送带受到物料的作用力和托辊对输送带的支撑力作用，受力情况比较复杂。根据带式输送机承载分支和回程分支的弹性波的波速相关理论可得到如表2所列的结果[7]。
表2 输送带的波速与相关参数对比
从表2中可知，满载工况下承载分支的振动频率比较小，所以进行振动特性分析时，需对振动分析对象进行合理选择，比如在分析空载启动振动特性时不需要分析空载承载分支的固有频率。
3.1 空载启动工况下的动态响应
首先，对带式输送机在空载启动工况下的动态特性进行模拟分析，在带式输送机驱动位置处添加驱动力矩，并且分别设定启动时间为10 s和20 s，分析不同启动时间下的响应特性，得到如图1所示的启动时间为10 s的纵向振动特性和图2所示的启动时间为20 s的振动棒特性规律。
图1 空载工况下的启动时间为10 s时的纵向振动规律
图2 空载工况下的启动时间为20 s时的纵向振动规律
从图1、2中可以看出，带式输送机在空载启动且启动时间为10 s时，抛物线的加速度控制曲线的最大动位移为28 m，空载启动时间为20 s时，加速度控制曲线的最大动位移为14 mm。从中可以得出，在不同启动时间下带式输送机的运行动位移存在差异，启动用时越长带式输送机的纵向振动幅度越小，带式输送机运行越平稳，所以为了保证带式输送机实现平稳启动可以适当延长启动时间，达到平稳启动的目的。
3.2 满载运行工况下的动态响应
带式输送机在满载工况下时，输送带还会受到物料的重力作用，该工况下输送带受力更加复杂。通过驱动滚筒对输送带施加驱动力矩将克服输送带与物料之间的摩擦力做功，对满载运行工况进行仿真分析，可得到如图3、4所示分析结果。
图3 满载工况下启动时间10 s带式输送机的动态响应
图4 满载工况下启动时间20 s带式输送机的动态响应
从图3、4的分析结果可知，带式输送机在满载工况下的动态特性和在空载工况下的动态特性曲线大致相同，带式输送机在满载工况下结构的纵向振动的幅度明显比空载下的振动幅度要大，表明空载启动的特性比满载启动的特性更好。当在抛物线加速度控制曲线下，启动时间为10 s时的最大动位移为43 mm，启动时间为20 s时的最大动位移为36 mm，启动动位移表现为规律性地上下波动，波动幅度大致相等，从中可以看出启动时间延长使振动的最大动位移降低。
综上所述，通过对空载启动工况和满载工况下的带式输送机的纵向振动特性进行分析可以得到，延长启动周期可以有效降低输送带的动态位移，也就是说，为了保证带式输送机启动的平稳性，可以适当延长启动时间，减少动位移，此方式可以在一定程度上减小输送带自身所受到的交变应力作用，不仅可以使输送带启动更加平稳，而且还有助于提高输送带的使用寿命。
带式输送机是重要的矿山物料输送机电设备，在煤矿开采过程中发挥着重要的作用。针对带式输送机在不同工况下的受载复杂、振动特性未知、输送带交变应力较大等问题，文中分析了带式输送机的不同工况，对带式输送机在启动和满载两种工况下的动态特性进行仿真分析，结果表明：带式输送机在两种工况下的动位移规律大致相同，带式输送机在空载工况下的动位移明显比满载工况下的动位移要小，表明空载启动的稳定性比满载启动的稳定性更好。为了改善带式输送机的受力、延长带式输送机的使用寿命，应尽可能避免其在满载工况下启动，可以通过延长启动时间，减小系统的动位移和皮带所受的交变应力作用实现带式输送机的平稳启动。
猜你喜欢 输送带带式输送机 基于前倾角托辊受力分析的装卸设备尾车输送带跑偏原因分析起重运输机械(2022年2期)2022-03-04煤炭输送带空载率计算控制系统设计设备管理与维修(2021年21期)2021-12-29基于窄而深内档铣削的扁长型焊接带式角铣头设计制造技术与机床(2019年11期)2019-12-04皮带输送机转载点缓冲破碎装置的研制与应用中国煤炭工业(2019年3期)2019-08-27长距离越野带式输送机线路分析建材发展导向(2019年11期)2019-08-24输送带防撕裂装置的经济可行性探讨中国设备工程(2018年2期)2018-03-02煤矿带式输送机常见故障及维修中国设备工程(2017年11期)2017-06-29主运带式输送机控制系统研究及设计山东工业技术(2016年15期)2016-12-01上运倾斜带式输送机制动问题的探析中国煤炭工业(2014年11期)2014-06-20输送带跑偏问题浅析中国新技术新产品(2013年7期)2013-08-15