喬艷青

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)蒲縣萬家莊煤業(yè)有限公司， 山西 蒲縣 041204）

引言

隨著煤炭的開采量和開采速度的急劇增加，越來越多的長距離、大傾角、高帶速的輸送機(jī)設(shè)備開始在煤礦上投入使用[1]，因帶式輸送機(jī)所具有的獨(dú)特的黏彈性特性，按照傳統(tǒng)的靜力學(xué)理論和剛體理論計(jì)算出的其動態(tài)特性與實(shí)際工況差距較大，無法反應(yīng)其真實(shí)的運(yùn)行狀態(tài)，特別是在啟動、制動階段，輸送帶內(nèi)部受到巨大的動張力的作用，極易導(dǎo)致輸送機(jī)的故障，嚴(yán)重威脅煤炭生產(chǎn)企業(yè)的正常生產(chǎn)。

本文依據(jù)ADAMS三維仿真分析軟件，在建立輸送機(jī)的黏彈性模型的基礎(chǔ)上，將輸送機(jī)模型進(jìn)行簡化，應(yīng)用ADAMS軟件對輸送機(jī)在啟動、停止時(shí)的運(yùn)行情況進(jìn)行仿真分析[2]，獲得在啟動、停止時(shí)輸送帶內(nèi)力和位移的變化情況，為輸送機(jī)系統(tǒng)合理調(diào)整啟動時(shí)的相關(guān)參數(shù)，保證輸送機(jī)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定的運(yùn)行提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。

1 輸送帶數(shù)學(xué)模型的建立

Vogit的數(shù)學(xué)模型是由一個(gè)彈簧元件和一個(gè)阻尼器元件組成的，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 Vogit數(shù)學(xué)模型

式中：σ為輸送帶內(nèi)的應(yīng)力情況；ε為輸送帶在應(yīng)力作用下的應(yīng)變量；E為彈性模量為發(fā)生應(yīng)變的

Vogit的數(shù)學(xué)公式可表示為：速度；η為阻尼系數(shù)。

在輸送帶上施加一個(gè)恒定的應(yīng)力σ=σ0H（t），即可得出應(yīng)力σ的響應(yīng)值：

因此變形量可表述為：

當(dāng)在輸送帶上加入應(yīng)變ε=ε0H（t）時(shí)，即可得出，響應(yīng)值 σ（t）=ε0EH（t）+ε0ηδ（t）。

其松弛模數(shù)為：

2 輸送機(jī)系統(tǒng)的三維建模

Creo三維仿真軟件是美國PTC公司在2010年推出的CAD設(shè)計(jì)軟件包，其整合了Pro/Engineer的參數(shù)化技術(shù)、ProductView的三維可視化技術(shù)及CoCreate的直接建模技術(shù)，可以使操作者方便地完成三維建模、仿真分析等功能[3]。

采取自上而下對輸送機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行三維建模的方案，先對各主要零部件進(jìn)行建模[4]，然后對其進(jìn)行總裝裝配，因輸送機(jī)系統(tǒng)的主要運(yùn)動機(jī)構(gòu)均位于輸送機(jī)的頭部和尾部，因此主要對頭部和尾部進(jìn)行三維建模，中間部分采用支架簡化表示即可，其結(jié)構(gòu)示意圖如下頁圖2、圖3所示。

3 ADAMS的三維建模與仿真

帶式輸送機(jī)的主體結(jié)構(gòu)主要包括機(jī)架、驅(qū)動滾筒、張緊設(shè)備、托輥組等，其中對輸送機(jī)的動態(tài)特性影響最大的主要是驅(qū)動滾筒和輸送帶及張緊裝置，在進(jìn)行動態(tài)分析時(shí)將予以重點(diǎn)分析。

利用ADAMS仿真分析軟件進(jìn)行三維建模時(shí)，主要采用的是有限元建模方案，該方案是將整個(gè)輸送帶劃分為大量的柔性微元單元，這些微元單元之間也采用柔性單元進(jìn)行連接，使整條輸送帶呈現(xiàn)出柔性特性[5]。

圖2 輸送機(jī)系統(tǒng)尾部結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 輸送機(jī)系統(tǒng)頭部結(jié)構(gòu)示意圖

為了便于分析，本文采用最簡單的輸送機(jī)水平布置形式，輸送機(jī)的仿真分析參數(shù)設(shè)置，如表1所示。

表1 輸送機(jī)參數(shù)分布表

在仿真系統(tǒng)中通過軸及筒組成的兩個(gè)圓柱體表示輸送機(jī)的滾筒，根據(jù)輸送機(jī)的實(shí)際布置形式，沿著輸送帶的實(shí)際運(yùn)行的方向，將滾筒一一進(jìn)行設(shè)置，并將滾筒垂直于平面內(nèi)，并通過系統(tǒng)自帶的Modify模塊根據(jù)實(shí)際調(diào)整滾筒在輸送機(jī)中所處的位置。在ADAMS系統(tǒng)中建立起的輸送機(jī)系統(tǒng)的簡化的模型如圖4所示。

圖4 ADAMS中輸送機(jī)簡化示意圖

輸送帶在啟動、停止過程中的動態(tài)特性是影響輸送機(jī)安全運(yùn)行的最關(guān)鍵的因素，因此為了確保仿真結(jié)果的真實(shí)性，需要特別地對輸送帶的仿真應(yīng)用進(jìn)行分析，為了確保輸送帶最大程度上接近實(shí)際的黏彈性狀態(tài)，采用ANSYS[6]創(chuàng)建輸送帶，并進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后導(dǎo)入到ADAMS系統(tǒng)中，確保獲得的輸送帶的特征為柔性體，然后按照預(yù)定的仿真參數(shù)對系統(tǒng)模型進(jìn)行相關(guān)設(shè)置即可，仿真分析模型如圖5所示。

4 仿真結(jié)果分析

根據(jù)設(shè)定的仿真參數(shù)，輸送機(jī)在啟動過程中的動張力變化情況如圖6所示。

圖5 ADAMS中輸送機(jī)仿真示意圖

圖6 輸送機(jī)啟動時(shí)動張力的變化

根據(jù)分析結(jié)果可知，帶式輸送機(jī)在啟動時(shí)，其輸送帶內(nèi)的動張力首先逐漸上升到其峰值載荷，然后再以基本恒定的動張力逐漸加速，直至輸送帶的運(yùn)行速度達(dá)到滾筒的穩(wěn)定運(yùn)行速度，其內(nèi)部的動張力開始逐漸減小直至穩(wěn)定。從分析結(jié)果可以看出，在整個(gè)啟動的過程中，輸送帶內(nèi)的動張力的減小速度與增加速度相比具有很大的滯后性，當(dāng)輸送帶內(nèi)的動張力達(dá)到最高值時(shí)，輸送帶內(nèi)的瞬時(shí)加速度達(dá)到峰值，并且呈現(xiàn)出明顯的波動情況，這個(gè)時(shí)候輸送機(jī)就極易發(fā)生震顫情況，易造成意外事故，因此在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，為了確保輸送機(jī)在啟動過程中的平穩(wěn)性，就需要在此瞬間采取有效的措施，降低輸送帶內(nèi)的動張力情況。

5 結(jié)論

1）利用ADAMS軟件對帶式輸送機(jī)進(jìn)行動特性分析是有效且方便的。

2）以帶式輸送機(jī)的ADAMS剛體動力學(xué)理論和ADAMAS柔性體動力學(xué)理論為基礎(chǔ)，且以小型輸送機(jī)為模型，通過簡化，利用ADAMS動力學(xué)仿真軟件分別建立了輸送帶的模型，并讀取其張力的變化曲線，發(fā)現(xiàn)輸送帶內(nèi)的動張力的減小速度具有很大的滯后性，輸送帶易發(fā)生震顫，從而降低輸送帶傳動效率。

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[3] 楊俊燕，任家駿，張明，等.基于MSC.ADAMS軟件仿真的關(guān)鍵問題[J].機(jī)械管理開發(fā)，2008（6）：184-186.

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