李哲豪

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

本文主要闡述了滾筒卸載式中間驅(qū)動技術(shù)和直線摩擦式中間驅(qū)動技術(shù)的原理，在此基礎(chǔ)上建立了能夠描述中間驅(qū)動帶式輸送機(jī)的連續(xù)動力學(xué)模型。分析了影響其動態(tài)特性的輸送帶弧長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。

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

一、 研究背景和意義

帶式輸送機(jī)運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際情況，為了確保輸送機(jī)可靠穩(wěn)定運行，對其動態(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)通常是通過對帶式輸送機(jī)進(jìn)行靜力學(xué)計算后乘以一個備用安全系數(shù)來設(shè)計系統(tǒng)的主參數(shù)。如果不進(jìn)行動力學(xué)分析，就會發(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)實的生產(chǎn)工作中，帶式輸送機(jī)的靜態(tài)計算結(jié)果與實際運行工況存在較為明顯的差別，對于大型帶式輸送機(jī)，必須先進(jìn)行靜態(tài)計算，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行較為精確的動力學(xué)分析方法進(jìn)行分析。為此，必須在充分考慮動態(tài)特性影響因素的基礎(chǔ)上，全面地對帶式輸送機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)細(xì)致地動力學(xué)分析，從而合理地進(jìn)行動態(tài)設(shè)計，并結(jié)合其靜態(tài)特性最終保證其高效安全運行。

二、課題的主要研究內(nèi)容

（一） 研究目標(biāo)

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

（二）中間驅(qū)動帶式輸送機(jī)簡介

一般情況下，帶式輸送機(jī)均為頭部驅(qū)動且集中驅(qū)動，最大程度上滿足驅(qū)動裝置和輸送帶強(qiáng)度，因此，我國的礦用帶式輸送機(jī)的長度是有限制。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)的運距越長，輸送帶在輸送機(jī)頭部的張力就會越大，而且在輸送機(jī)頭部的驅(qū)動處張力最大。

通常情況下，為了保證帶式輸送機(jī)的運行安全，設(shè)計時常選用強(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。由于運量大運距長，驅(qū)動裝置的功率也會很大，增加了裝置設(shè)備的設(shè)計及制造難度，且體積增大，從而增加了井下的空間要求。

（三） 中間驅(qū)動技術(shù)的分類

目前，關(guān)于中間驅(qū)動技術(shù)研究的方法有：直線摩擦驅(qū)動法、膠輪驅(qū)動法、直線電機(jī)驅(qū)動和滾筒驅(qū)動技術(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)動技術(shù)是：直線摩擦式中間驅(qū)動技術(shù)和滾筒卸載式中間驅(qū)動技術(shù)。

1.直線摩擦式中間驅(qū)動技術(shù)

由圖2所示，中間驅(qū)動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)兩個輸送帶有相對運動的趨勢，兩輸送帶的接觸面便會產(chǎn)生很大的摩擦力。當(dāng)中間驅(qū)動裝置運轉(zhuǎn)時，其輸送帶會與依附的輸送機(jī)承載段輸送帶之間產(chǎn)生摩擦，中間驅(qū)動裝置的驅(qū)動力依靠兩輸送帶之間產(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)動裝置的驅(qū)動力和功率的效果，這就是直線摩擦式中間驅(qū)動技術(shù)的工作原理。

2. 滾筒卸載式中間驅(qū)動技術(shù)

如圖3所示，將中間驅(qū)動裝置安裝在帶式輸送機(jī)承載段輸送帶上，其中中間驅(qū)動部分依靠驅(qū)動滾筒對輸送帶進(jìn)行驅(qū)動。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)動滾筒的相遇點以及分離點處，都滿足歐拉公式，輸送帶各點張力值可以求出具體數(shù)值，經(jīng)過對比，輸送帶張力值經(jīng)由中間驅(qū)動裝置會有所下降。

3.滾筒卸載式中間驅(qū)動帶式輸送機(jī)存在的問題

雖然滾筒卸載式中間驅(qū)動技術(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)計計算時應(yīng)主要考慮以下幾個方面：

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

（2）帶速同步問題。 驅(qū)動電動機(jī)的特性差異、制造質(zhì)量不等，以及驅(qū)動滾筒磨損等原因，會導(dǎo)致在各驅(qū)動裝置處，輸送帶的帶速不同。目前，國內(nèi)外專家通過安裝液力調(diào)速裝置來實現(xiàn)帶速同步問題。

（3）動力學(xué)分析。滾筒卸載式中間驅(qū)動帶式輸送機(jī)的動力學(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)在運行式，輸送帶張力與靜態(tài)理論分析時得出的帶張力不相符，所以在理論設(shè)計計算時，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，還在輸送機(jī)實際運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)理論分析和動態(tài)分析相結(jié)合、軟啟動技術(shù)、電控技術(shù)與檢測技術(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)動技術(shù)和直線摩擦式中間驅(qū)動技術(shù)的原理，結(jié)合井下具體工況介紹了各自的優(yōu)缺點，并且對常用的滾筒卸載式中間驅(qū)動技術(shù)做了較為詳細(xì)的分析。