帶式輸送機動態(tài)分析方法

1、帶式輸送機動態(tài)分析方法摘要：帶式輸送機是一種距離長、帶速高的運輸設備，對于其在動態(tài)下進行研 究具有一定的難度，動態(tài)分析方法作為一種重要的輔助手段，可以很好的解決這 個問題，不僅提高了帶式輸送機設計的準確性還使其更加的穩(wěn)定、可靠。本文對 帶式輸送機動態(tài)分析方法相關問題進行了簡述，以期給相關專業(yè)人員提供一定的 參考。關鍵詞：帶式輸送機；動態(tài)分析法；模型；軟件帶式輸送機是當前我國冶金、電力、煤炭、化工等領域應用比較廣泛的散裝 物料運輸?shù)闹饕O備之一，在長距離、高怠速、大運量和大功率等方面具有比較 明顯的動態(tài)特性，逐漸引起了專業(yè)研究部門的重視。目前在國內，帶式輸送機達 數(shù)萬條之多，若能成功的進行動態(tài)分

2、析及動態(tài)設計，進而采用正確的控制策略， 則可帶來巨大的經(jīng)濟效益。動態(tài)分析法應用在帶式輸送機中，可以更好地優(yōu)化傳 統(tǒng)設計中的一些參數(shù)，提高帶式輸送機設計的準確性，使其運行更加平穩(wěn)可靠， 適當降低安全系數(shù)以減小投資費用。帶式輸送機動態(tài)分析的作用在帶式輸送機設計中，通過動態(tài)分析可以解決以下主要問題:確定輸送機運行 中輸送帶的動張力峰值大小、振動特性及邊界條件的影響；提供合理的驅動裝置 及起制動過程的控制要求；為輸送機的拉緊裝置設計提供設計參數(shù)，包括拉緊裝 置的速度、行程等；提供合理的驅動裝置、拉緊裝置、制動裝置的布置位置；檢 驗初步設計結果的合理性，通過分析結果對初步設計進行改進。帶式輸送機動態(tài)分析

3、的方法2.1輸送帶模型主要有剛體模型、彈性體模型、粘彈性體模型等幾類。剛體模型。這種帶 式輸送機設計方法也將輸送帶看做剛體進行動力學分析，認為輸送帶各點同時加、 減速，這種分析方法對于小運量、短距離的帶式輸送機在過去是可以滿足工程設 計所要求的精度的。彈性體模型。澳大利亞Harrison博士提出，把輸送帶看成 是一個彈性體，列出其運動的微分方程，再根據(jù)邊界條件求解方程得出速度、加 速度、動張力等。這種方法比用剛體動力學方法更接近實際，特別是在定性分析 時比數(shù)值分析方法更為直觀。粘彈性體模型。最早由德國漢諾威工業(yè)大學的 Matling和Vierling提出，并將輸送帶的力學特性考慮到其動力學模型

4、中。他們提 出的Vogit模型和Maxwell模型（如圖1），兩者相比，Vogit模型更加實際。另 外，對于輸送帶動態(tài)特性的研究主要是在起制動階段，這時主要是動態(tài)效應。因 此就目前的測試條件，Vogit模型是一種比較合理的模型。圖1 Maxwell模型和Vogit模型2.2整機系統(tǒng)動態(tài)分析方法研究宋偉剛等提出了基于功率追蹤策略的帶式輸送機動態(tài)設計方法，給出了可控 啟動過程的動態(tài)分析算法，開發(fā)了動態(tài)設計軟件，并通過對實際系統(tǒng)的仿真，證 明了算法和軟件的正確性。2.3帶式輸送機動態(tài)分析模型數(shù)值分析解法帶式輸送機動態(tài)分析模型有連續(xù)模型和離散模型2種。而連續(xù)模型完整的動 力學方程只能在經(jīng)過較大的簡化后

5、才能解析求解，因而這種方法一般不能對帶式 輸送機系統(tǒng)進行定量分析，尤其是線路復雜的帶式輸送機，因而在實際中大都采用數(shù)值分析解法。1994年，荷蘭的Lodewijks首先通過梁單元建立了帶式輸送機的二維有限元 模型，使有限元數(shù)值分析的精度有了很大提高。對輸送帶二維模型的研究有助于 精確分析帶式輸送機運行過程中各部件的動態(tài)響應以及它們之間的相互作用，提 高設備運行的可靠性，降低輸送帶傳統(tǒng)經(jīng)驗設計的安全系數(shù)，進而促進長距離、 高速度、大運量帶式輸送機的發(fā)展1。但是輸送帶二維模型的自由度是一維模型 的10002000倍，使求解過于復雜，對計算技術及計算機性能的要求更高。解析法的特點是可以直接通過解析解

6、對輸送機各參數(shù)的影響進行分析，但帶 式輸送機連續(xù)模型完整的動力學方程幾乎無法解析求解，只能對簡化的方程進行 求解，因而這種方法一般不能對輸送機系統(tǒng)進行定量分析，特別是線路復雜的輸 送機。數(shù)值解法的特點是通過圖形顯示技術分析系統(tǒng)中各參數(shù)的影響，同時可以處 理復雜的輸送機系統(tǒng)動態(tài)過程問題，因而在實際中大都采用數(shù)值解法。數(shù)值解法 都是基于有限元方法進行的，方法是在一定假設條件下，將輸送機劃分為有限個 單元得到其離散模型?；贏MESim的帶式輸送機仿真模型的建立建模之前首先對輸送帶模型進行離散化處理，輸送帶采用Kelvin-Vogit粘彈 性模型，可以看成由一系列質量單元通過彈性阻尼單元連接而成，根

7、據(jù)輸送帶各 帶段的特性將輸送帶劃分為若干段等質量的質點單元。在AMESim中質量單元選用linearmass with 2 ports and friction模型，彈簧阻 尼單元選用 linear spring-damper with 2 ports capable of linear motion 模型，二者 子模型分別設置為MAS004和SD0000。分別計算承載段和回空段輸送帶的單元質 量、單元運行阻力、單元剛度、單元阻尼等參數(shù)。改向滾筒的AMESim仿真模型采用RSHE001模型、RL00模型、V001模型構 建；拉緊裝置的AMESim仿真模型采用用RSHE001模型、RL00模型、

8、MAS001模 型構建；驅動裝置的AMESim仿真模型可根據(jù)驅動裝置的運行特性簡化為速度控 制信號2。在草圖模式下建立帶式輸送機仿真模型后，在子模型模式下指定元件的具體 子模型，進入?yún)?shù)模式輸入每個子模型的具體參數(shù)，在仿真模式下設置、修改仿 真運行參數(shù)即可進行仿真。動態(tài)分析軟件研究概況將機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術應用到帶式輸送機的動態(tài)分析上，即在計算機上通 過動態(tài)分析軟件建立帶式輸送機模型，并對其進行各種動態(tài)性能分析，代替?zhèn)鹘y(tǒng) 實物樣機試驗，并對靜動態(tài)分析的結果進行改進，可為帶式輸送機設計提供合理 的參數(shù)。在國內，東北大學的宋偉剛、太原理工大學的趙娜等人都編制了動態(tài)分 析軟件，為我國帶式輸送機的發(fā)展做出了很大貢獻。應用動態(tài)分析軟件對帶式輸 送機進行動態(tài)分析，進行優(yōu)化設計，可以優(yōu)化靜態(tài)設計中的某些參數(shù)，大大提高 設計的精確性，確保帶式輸送機系統(tǒng)運轉過程中的可靠性，減小安全系數(shù)。近年 來帶式輸送機動態(tài)研究在國際上已得到業(yè)內人士的認可，雖然沒有完善的進行動 態(tài)設計的方法，但已達到采用動態(tài)分析的手段對靜態(tài)設計的結果進行改造。結語總之，動態(tài)分析法是一種重要為帶式輸送機標準設計提供真確數(shù)據(jù)的方法， 將其應用在