帶式輸送機(jī)滾筒卸載式中間驅(qū)動(dòng)技術(shù)和直線摩擦式中間驅(qū)動(dòng)技術(shù)的動(dòng)力學(xué)分析

李哲豪

摘 要：本文主要采用連續(xù)動(dòng)力學(xué)方法，以同忻礦中間驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)為例，通過Matlab軟件計(jì)算及仿真，繪制出了輸送帶的動(dòng)張力二維視圖，形象的展現(xiàn)出中間驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)中間驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。

本文主要闡述了滾筒卸載式中間驅(qū)動(dòng)技術(shù)和直線摩擦式中間驅(qū)動(dòng)技術(shù)的原理，在此基礎(chǔ)上建立了能夠描述中間驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)的連續(xù)動(dòng)力學(xué)模型。分析了影響其動(dòng)態(tài)特性的輸送帶弧長(zhǎng)及非均布載荷兩種因素，并結(jié)合井下具體工況介紹了各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī);中間驅(qū)動(dòng);動(dòng)力學(xué)分析

一、 研究背景和意義

帶式輸送機(jī)運(yùn)行狀況與煤礦安全高效的生產(chǎn)息息相關(guān)，結(jié)合礦井地形復(fù)雜，環(huán)境惡劣，以及一些特殊彎曲巷道的實(shí)際情況，為了確保輸送機(jī)可靠穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)其動(dòng)態(tài)特性、控制策略、狀態(tài)監(jiān)控與綜合保護(hù)等方面的問題開展研究工作就顯得十分重要。

現(xiàn)有的帶式輸送機(jī)通常是通過對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行靜力學(xué)計(jì)算后乘以一個(gè)備用安全系數(shù)來設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主參數(shù)。如果不進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，就會(huì)發(fā)生輸送機(jī)故障事故，常見的故障有皮帶跑偏或蛇行、打滑、斷帶、疊帶和皮帶著火等，這些故障嚴(yán)重的影響到煤礦生產(chǎn)。

在現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)工作中，帶式輸送機(jī)的靜態(tài)計(jì)算結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行工況存在較為明顯的差別，對(duì)于大型帶式輸送機(jī)，必須先進(jìn)行靜態(tài)計(jì)算，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行較為精確的動(dòng)力學(xué)分析方法進(jìn)行分析。為此，必須在充分考慮動(dòng)態(tài)特性影響因素的基礎(chǔ)上，全面地對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)細(xì)致地動(dòng)力學(xué)分析，從而合理地進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，并結(jié)合其靜態(tài)特性最終保證其高效安全運(yùn)行。

二、課題的主要研究?jī)?nèi)容

（一） 研究目標(biāo)

建立能夠正確描述中間驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)的動(dòng)力學(xué)方程，針對(duì)同忻礦中間驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)進(jìn)行完善的動(dòng)力學(xué)分析，根據(jù)輸送帶的載荷情況及運(yùn)輸能力推導(dǎo)出合理的起動(dòng)和制動(dòng)加速度曲線。

（二）中間驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)簡(jiǎn)介

一般情況下，帶式輸送機(jī)均為頭部驅(qū)動(dòng)且集中驅(qū)動(dòng)，最大程度上滿足驅(qū)動(dòng)裝置和輸送帶強(qiáng)度，因此，我國(guó)的礦用帶式輸送機(jī)的長(zhǎng)度是有限制。然而，由于輸送帶負(fù)載及所受阻力的因素，輸送機(jī)的運(yùn)輸增加線路，輸送帶張力呈線性增加，如圖1所示。輸送帶上的載荷越大，帶式輸送機(jī)的運(yùn)距越長(zhǎng)，輸送帶在輸送機(jī)頭部的張力就會(huì)越大，而且在輸送機(jī)頭部的驅(qū)動(dòng)處張力最大。

通常情況下，為了保證帶式輸送機(jī)的運(yùn)行安全，設(shè)計(jì)時(shí)常選用強(qiáng)度較高的輸送帶，增大安全系數(shù)，從而大大增加了輸送帶的制造成本。由于運(yùn)量大運(yùn)距長(zhǎng)，驅(qū)動(dòng)裝置的功率也會(huì)很大，增加了裝置設(shè)備的設(shè)計(jì)及制造難度，且體積增大，從而增加了井下的空間要求。

（三） 中間驅(qū)動(dòng)技術(shù)的分類

目前，關(guān)于中間驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究的方法有：直線摩擦驅(qū)動(dòng)法、膠輪驅(qū)動(dòng)法、直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)和滾筒驅(qū)動(dòng)技術(shù)等。經(jīng)過科研人員大量的研究，現(xiàn)在常用的兩種中間驅(qū)動(dòng)技術(shù)是：直線摩擦式中間驅(qū)動(dòng)技術(shù)和滾筒卸載式中間驅(qū)動(dòng)技術(shù)。

1.直線摩擦式中間驅(qū)動(dòng)技術(shù)

由圖2所示，中間驅(qū)動(dòng)裝置的輸送帶緊貼在輸送機(jī)承載段輸送帶的下面，分布在輸送機(jī)中間部位。當(dāng)兩個(gè)輸送帶有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，兩輸送帶的接觸面便會(huì)產(chǎn)生很大的摩擦力。當(dāng)中間驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其輸送帶會(huì)與依附的輸送機(jī)承載段輸送帶之間產(chǎn)生摩擦，中間驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)力依靠?jī)奢斔蛶еg產(chǎn)生的摩擦力傳遞給輸送機(jī)承載段輸送帶，達(dá)到減少帶式輸送機(jī)頭部驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)力和功率的效果，這就是直線摩擦式中間驅(qū)動(dòng)技術(shù)的工作原理。

2. 滾筒卸載式中間驅(qū)動(dòng)技術(shù)

如圖3所示，將中間驅(qū)動(dòng)裝置安裝在帶式輸送機(jī)承載段輸送帶上，其中中間驅(qū)動(dòng)部分依靠驅(qū)動(dòng)滾筒對(duì)輸送帶進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。依據(jù)帶式設(shè)輸送機(jī)的靜力學(xué)方法進(jìn)行受力分析，輸送帶張力在驅(qū)動(dòng)滾筒的相遇點(diǎn)以及分離點(diǎn)處，都滿足歐拉公式，輸送帶各點(diǎn)張力值可以求出具體數(shù)值，經(jīng)過對(duì)比，輸送帶張力值經(jīng)由中間驅(qū)動(dòng)裝置會(huì)有所下降。

3.滾筒卸載式中間驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)存在的問題

雖然滾筒卸載式中間驅(qū)動(dòng)技術(shù)應(yīng)用很廣泛，但是，仍然存在一些技術(shù)問題，在理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)應(yīng)主要考慮以下幾個(gè)方面：

（1）合理分配驅(qū)動(dòng)功率。輸送帶張力的變化直接受驅(qū)動(dòng)功率的影響，驅(qū)動(dòng)功率的合理分配是保證整條帶式輸送機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的重要因素。對(duì)于整條帶式輸送機(jī)，主驅(qū)動(dòng)還是需要頭部驅(qū)動(dòng)部分，中間驅(qū)動(dòng)裝置僅作為輔助驅(qū)動(dòng)裝置。

（2）帶速同步問題。 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的特性差異、制造質(zhì)量不等，以及驅(qū)動(dòng)滾筒磨損等原因，會(huì)導(dǎo)致在各驅(qū)動(dòng)裝置處，輸送帶的帶速不同。目前，國(guó)內(nèi)外專家通過安裝液力調(diào)速裝置來實(shí)現(xiàn)帶速同步問題。

（3）動(dòng)力學(xué)分析。滾筒卸載式中間驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)的動(dòng)力學(xué)分析相關(guān)研究空白較多，基礎(chǔ)薄弱，涉及較少。由于帶式輸送機(jī)在運(yùn)行式，輸送帶張力與靜態(tài)理論分析時(shí)得出的帶張力不相符，所以在理論設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，選用較大的安全系數(shù)，這樣不僅造成了不必要的成本浪費(fèi)，還在輸送機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程中存在安全隱患。

綜上所述，只有通過帶式輸送機(jī)靜態(tài)理論分析和動(dòng)態(tài)分析相結(jié)合、軟啟動(dòng)技術(shù)、電控技術(shù)與檢測(cè)技術(shù)等互相配合，才能解決這些問題。

三、本文小結(jié)

本文主要闡述了滾筒卸載式中間驅(qū)動(dòng)技術(shù)和直線摩擦式中間驅(qū)動(dòng)技術(shù)的原理，結(jié)合井下具體工況介紹了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，并且對(duì)常用的滾筒卸載式中間驅(qū)動(dòng)技術(shù)做了較為詳細(xì)的分析。