帶式輸送機(jī)雙合成動(dòng)力系統(tǒng)的建立與試驗(yàn)分析

吳 軍

（山西焦煤西山煤電集團(tuán)屯蘭礦，山西 古交 030206）

引言

21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)現(xiàn)代化工業(yè)飛速發(fā)展，帶式輸送機(jī)作為近些年最適合運(yùn)送物料的設(shè)備，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸送平緩，因而廣泛應(yīng)用于煤炭行業(yè)領(lǐng)域。但是，在現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)生活中，時(shí)不時(shí)會(huì)遇到設(shè)備故障、短路停電等狀況，導(dǎo)致運(yùn)輸貨物的帶式輸送機(jī)停止工作，而當(dāng)故障修理好后，需要重新啟動(dòng)帶式輸送機(jī)，由于裝載貨物，從而出現(xiàn)重載啟動(dòng)的現(xiàn)象，需要很大的功率[1]。本文主要介紹了出現(xiàn)上述狀況的解決方案，即建立雙合成動(dòng)力系統(tǒng)，并對(duì)此系統(tǒng)的工作原理作了簡(jiǎn)要分析。

1 帶式輸送機(jī)研究背景

1868年，帶式輸送機(jī)在英國(guó)被發(fā)明，自問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)歷了各種各樣的改革、創(chuàng)新，現(xiàn)如今已經(jīng)發(fā)生了很大的變化，廣泛應(yīng)用于煤炭行業(yè)領(lǐng)域。構(gòu)造簡(jiǎn)單、輸送貨物平緩、輸送量大、范圍廣、無(wú)人化運(yùn)輸?shù)榷际瞧鋬?yōu)點(diǎn)，不單單是煤礦，在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)帶式輸送機(jī)都實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化管理運(yùn)輸，減少了人力資源，對(duì)生產(chǎn)有很大幫助。并且，帶式輸送機(jī)可以適應(yīng)很多工作環(huán)境，越是惡劣的工作環(huán)境，越能看到它的身影。21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)現(xiàn)代化工業(yè)飛速發(fā)展，現(xiàn)代化企業(yè)的規(guī)模也在一步一步的擴(kuò)張，從而就迫使帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸效率、節(jié)能效率、運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性必須得到進(jìn)一步的提高。然而帶式輸送機(jī)的相關(guān)技術(shù)畢竟是從國(guó)外引進(jìn)，相比于國(guó)外，國(guó)內(nèi)的研究起步相對(duì)較晚，產(chǎn)生了一定的差距。因此，在技術(shù)資源有限的情況下，應(yīng)綜合考慮帶式輸送機(jī)在重載、滿(mǎn)載啟動(dòng)下的功率要求，研究出來(lái)一種高效、節(jié)能的新型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)而使帶式輸送機(jī)運(yùn)輸貨物的性能得到一個(gè)質(zhì)的飛躍，同時(shí)也給社會(huì)生產(chǎn)帶來(lái)一個(gè)巨大的工作效益。

2 雙合成動(dòng)力系統(tǒng)

2.1 雙合成動(dòng)力系統(tǒng)的提出

帶式輸送機(jī)中含有一個(gè)可以控制的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在帶式輸送機(jī)的眾多設(shè)備中扮演著一個(gè)極為重要的角色。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)能力直接關(guān)系到整個(gè)帶式輸送機(jī)的輸送性能好壞，進(jìn)而影響到整體的工作效率?，F(xiàn)如今經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，為了緊跟時(shí)代的潮流，就要求帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不僅要具備良好的工作性能，還應(yīng)考慮到節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的問(wèn)題。在輸送貨物時(shí)，帶式輸送機(jī)往往會(huì)因?yàn)橐恍┨厥庠虿坏靡岩獣和９ぷ鳎@時(shí)就要求驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠重新啟動(dòng)重載甚至滿(mǎn)載狀態(tài)下的帶式輸送機(jī)，這也是對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一次極大的考驗(yàn)。如果長(zhǎng)時(shí)間一直要滿(mǎn)足帶式輸送機(jī)滿(mǎn)載啟動(dòng)的要求，會(huì)使得系統(tǒng)的裝機(jī)功率遠(yuǎn)超過(guò)其額定功率，這種情況不僅加大了能源的消耗，長(zhǎng)此以往，對(duì)設(shè)備也會(huì)有所損害。所以，在本文中，就提出了一種解決方案，即一種新型的雙合成動(dòng)力系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)顧名思義是由兩個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)共同支持帶式輸送機(jī)的整體運(yùn)轉(zhuǎn)，主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為交流電機(jī)變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，輔助系統(tǒng)為液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這兩個(gè)系統(tǒng)相輔相成，經(jīng)過(guò)動(dòng)力合成裝置，將兩個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力合成為一個(gè)動(dòng)力，如圖1所示，這個(gè)動(dòng)力足以完成帶式輸送機(jī)在重載、滿(mǎn)載情況下的重啟過(guò)程。

2.2 雙合成動(dòng)力系統(tǒng)的工作原理

圖1 雙合成動(dòng)力系統(tǒng)

在目前的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，精密的機(jī)械傳動(dòng)裝置都是應(yīng)用齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)作為混合動(dòng)力的合成裝置。所以在本文中，同樣使用齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力合成。動(dòng)力合成最基本的要求就是，在裝置工作時(shí)，兩股動(dòng)力源在運(yùn)動(dòng)時(shí)不發(fā)生動(dòng)力干涉，同時(shí)還要滿(mǎn)足在一個(gè)動(dòng)力源關(guān)閉時(shí)，另一個(gè)動(dòng)力源也可以帶動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行工作的要求。在選擇齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，差動(dòng)行星齒輪機(jī)構(gòu)有兩個(gè)自由度，它有兩個(gè)動(dòng)力輸入端和一個(gè)動(dòng)力輸出端[2]，這樣的結(jié)構(gòu)正好符合本文裝備要具備的功能要求。這個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的工作原理是，當(dāng)輸送機(jī)需要在滿(mǎn)載情況下重啟時(shí)，主電動(dòng)機(jī)與液壓馬達(dá)的兩股動(dòng)力合成，一同完成帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)工作；當(dāng)帶式輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)后，為了節(jié)約能源，撤掉液壓馬達(dá)發(fā)出的動(dòng)力讓其停止工作，讓主驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)輸送機(jī)繼續(xù)工作。

3 雙合成動(dòng)力系統(tǒng)的建立與試驗(yàn)分析

3.1 雙合成動(dòng)力系統(tǒng)整機(jī)模型的建立

這里推薦一款很實(shí)用的建模軟件AMESim，運(yùn)用這款軟件中的機(jī)械庫(kù)中的元件，把帶式輸送機(jī)看作質(zhì)量-彈簧-阻尼元件，按照輸送帶劃分的長(zhǎng)度，能夠得到若干質(zhì)量-彈簧-阻尼元件，最后有序連接這些作用不同的元件，就可以組成輸送帶仿真模型[3]。運(yùn)用這款軟件中的機(jī)械庫(kù)，以及電機(jī)、信號(hào)庫(kù)、驅(qū)動(dòng)庫(kù)中的元件，可以建立出變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)仿真模型。運(yùn)用這款軟件中的信號(hào)庫(kù)、液壓庫(kù)和機(jī)械庫(kù)中的元件，可以建立出液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的仿真模型。將以上建立的輸送帶仿真模型、變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)模型及液壓系統(tǒng)仿真模型有序組合在一起，然后進(jìn)一步選取動(dòng)力合成裝置，最終可以在建模軟件中得到帶式輸送機(jī)雙合成動(dòng)力系統(tǒng)的模型，如圖2所示。當(dāng)建立完成之后，再進(jìn)一步對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)元件的模型進(jìn)行一個(gè)最優(yōu)的選擇，最后就得到了一個(gè)完整的模型。

3.2 試驗(yàn)的研究與分析

3.2.1 輸送帶模型的試驗(yàn)驗(yàn)證

做這個(gè)試驗(yàn)的目的是證實(shí)在上文中建立的輸送帶模型體現(xiàn)的彈性特性，從而驗(yàn)證輸送帶的仿真模型是否正確。為了證實(shí)猜想，需要進(jìn)行一些力學(xué)方面的測(cè)試，來(lái)測(cè)試相關(guān)的性能。需要截取一段輸送帶的樣品置于試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，然后將勻速變化的力加在輸送帶樣品上，逐漸加大承載力，保持一段時(shí)間之后突然卸載，這時(shí)輸送帶樣品會(huì)發(fā)生變形過(guò)程，在這個(gè)時(shí)間段，要記錄輸送帶變形量與對(duì)應(yīng)的拉力大小，采集完數(shù)據(jù)后就會(huì)獲得輸送帶力學(xué)方面的特性曲線(xiàn)，如圖3所示。

圖2 雙合成動(dòng)力系統(tǒng)整機(jī)模型示意圖

圖3 輸送帶力學(xué)特性曲線(xiàn)

通過(guò)上述試驗(yàn)與仿真結(jié)果的對(duì)比，可以得出在仿真軟件中，通過(guò)質(zhì)量-彈簧-阻尼模塊建立起來(lái)的輸送帶模型，是滿(mǎn)足實(shí)際情況的。

3.2.2 變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模型的試驗(yàn)驗(yàn)證

頭部驅(qū)動(dòng)安置一個(gè)光電編碼器，頭部驅(qū)動(dòng)有一個(gè)滾筒，讓其表面與光電編碼器接觸，并記錄它的轉(zhuǎn)速，試驗(yàn)機(jī)采用固定張緊方式，將張緊小車(chē)與拉壓傳感器一端相連，另一端連在機(jī)架上，運(yùn)用本文提到的變頻調(diào)速方式啟動(dòng)輸送帶，收集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并加以處理分析。試驗(yàn)樣機(jī)啟動(dòng)過(guò)程的仿真模型依舊采用AMESim軟件中已建立好的帶式輸送機(jī)變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)整機(jī)模型，要做的只需要更改其參數(shù)即可，參數(shù)設(shè)置要求試驗(yàn)樣機(jī)與輸送帶參數(shù)一致，同樣，運(yùn)用變頻調(diào)速啟動(dòng)方式去模擬之前樣機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程，可以得到試驗(yàn)曲線(xiàn)與仿真模擬曲線(xiàn)的結(jié)果大致是一樣的，如下頁(yè)圖4所示。通過(guò)對(duì)帶式輸送機(jī)從啟動(dòng)到穩(wěn)定運(yùn)行過(guò)程中速度的變化分析可以得出，采用仿真軟件對(duì)帶式輸送機(jī)變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)整機(jī)模型進(jìn)行建模是正確的。

綜合以上試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了建立的輸送帶仿真模型和變頻調(diào)速仿真模型的準(zhǔn)確性，從而也為建立的雙合成動(dòng)力系統(tǒng)仿真模型增加了一定的說(shuō)服力。

4 結(jié)論

圖4 帶式輸送機(jī)啟動(dòng)過(guò)程示意圖

在本文中建立了帶式輸送機(jī)雙合成動(dòng)力系統(tǒng)模型，又作了空載以及滿(mǎn)載情況下的情況分析，得出結(jié)論：當(dāng)帶式輸送機(jī)在空載狀態(tài)下，主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠獨(dú)自完成從啟動(dòng)到穩(wěn)定運(yùn)行的一系列過(guò)程；當(dāng)帶式輸送機(jī)在滿(mǎn)載情況下，主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和輔助液壓馬達(dá)共同作用，依舊可以實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)從啟動(dòng)到穩(wěn)定運(yùn)行的一系列過(guò)程。在輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的作用下，帶式輸送機(jī)在各種工作情況下的適應(yīng)能力都得到了進(jìn)一步的加強(qiáng)，主電動(dòng)機(jī)的工作壓力得到了一定程度的緩解，使其能長(zhǎng)時(shí)間保持一個(gè)高效的工作狀態(tài)，節(jié)約了人力、物力，減少了損耗。