帶式輸送機啟動階段的優(yōu)化設(shè)計

王紀(jì)東

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

引言

帶式輸送機為目前應(yīng)用最為廣泛的運輸設(shè)備，其正朝著大運量、長距離以及大功率的方向發(fā)展，進而對帶式輸送機的啟動特性提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。在實際應(yīng)用中，帶式輸送機存在空載、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，需加強對設(shè)備啟動特性的研究，并對啟動參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計。

1 設(shè)備概況

M212 帶式輸送機為當(dāng)前應(yīng)用于寺家莊煤礦時間相對最長的運輸設(shè)備，M212 帶式輸送機采用直接啟動的方式，與其他帶式輸送機變頻啟動、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 帶式輸送機在實際運輸任務(wù)中常出現(xiàn)斷帶、跑偏、縱撕等安全事故。

經(jīng)研究可知，影響帶式輸送機啟動特性的因素眾多，繼而影響帶式輸送機的動態(tài)特性。其中，權(quán)重較大的影響因素包括有帶式輸送機的啟動方式、啟動時間、啟動速度等。因此，本文從帶式輸送機的啟動方式、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斷帶、跑偏、縱撕等事故的發(fā)生[2]。

2 帶式輸送機模型的搭建

本文以M212 帶式輸送機為研究對象，并基于RecurDyn 軟件對設(shè)備進行虛擬樣機建模。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 帶式輸送機輸送帶的縱向拉伸強度為630 N/mm，每平方米輸送帶的質(zhì)量為21 kg。根據(jù)表1 中帶式輸送機的關(guān)鍵參數(shù)，基于RecurDyn 軟件搭建的虛擬樣機模型如圖1 所示。

表1 M212 帶式輸送機關(guān)鍵參數(shù)

圖1 M212 帶式輸送機虛擬樣機模型

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啟動時輸送帶的張力變化情況。

3 帶式輸送機啟動參數(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，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進行驅(qū)動，研究不同啟動時間下帶式輸送機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

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

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

2）隨著啟動時間的延長，輸送帶的張力峰值最小；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。