带式输送机 动态特性分析与软起动设计

带式输送机是一种连续性的长距离、大运量、高速度的物料输送系统，已广泛用于冶金、煤炭、港 口、电站、建材和粮食等许多工业领域，国内外已经使用了许多长距离、大运量、多点驱动的带式输送 机，由于胶带是弹性体，在输送机的起动和停车过程中，在胶带内会储存或释放很大的能量，这些能量在 胶带内就会形成很大的应力波动 9 国内在带式输送机系统设计中，输送机的最大起动圆周力是按工作圆周力的 )8# 倍进行计算的，这样 既造成输送机胶带的带强、主要受力部件的参数及设备投资过高；也常常造成输送机系统的结构布置、驱 动装置、拉紧装置和制动装置的参数设置不合理，在一些输送机紧急停车时，会造成胶带局部应力过小而 导致胶带松弛、煤炭堆积、叠带、胶带损坏等严重事故 9 为此，国内在一些较重要的带式输送机设计中， 一般都请国外输送机动态计算公司采用有限元数值计算方法进行动态计算 9 本文的目的是弄清输送机在加 速和减速过程中胶带内的应力波动特性，有效限制或消除胶带的弹性振动，防止胶带局部应力过大或应力 过小，设计最佳的起动和停车控制曲线，以便对带式输送机各部件的参数进行优化设计，增加带式输送机 的可靠性和经济性 9
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图! "#$%! 带式输送机工作简图
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参考文献［!］采用分离变量法和广义坐标法，可求得方 程式（!）的解为
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" > （ " )&） ；. （ " ）% %2 1 )$32 （ （ " ) &） ! 8#* + &） %2 & ； 32 为输送机承载分支的基波 ; #2 （9 #2 ? 8#*9 #2 ） 振动频率， 32 < # & 2 / +； $ 为阻尼系数， $ < !32 / 9；%2 为考虑阻尼时输送机承载分支的基波振动频率，
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（A）
# 在恒定加速度激励下胶带动张力的计算
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收稿日期： "!!) % )! % )= 万方数据
第A期
李玉瑾：带式输送机的动态特性分析与软起动设计
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质量之和（ )$ 7 -） ； ! （ " ）为 带 式 输 送 机 的 加 速 度（ - 7 89 ） ； 重锤质量为 # : 由参考文献［!］可知，带式输送机在采用重 锤拉紧装置时的黏弹性振动方程及边界条件、初始条件为
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9 %2 < 32 $! @$ ； " 为输送机承载分支的货物、胶带及托辊的总质量与 ! / 9 重锤质量之比，" < 9 0+ / # ； #2 为超越方程" <#2 /$ #2 的根 :
动张力的计算式为
= -2 # $ #2( （ ） ・ （ (， ］ 4 " ）% -1 ! ’ ! ! ! % " % " ’ !.（ " ） 5 9 4’8 + ［ . " ( 9 ! ! 2 % ! ! )$
带式输送机的动态特性分析与软起动设计
李 玉 瑾
（中煤国际工程设计研究总院，北京 )!!!))）
摘
要：给出了带式输送机的黏弹性振动方程及位移解和动张力的计算方法，研究了在采用矩
形、正弦形、抛物线形加速度时胶带的动张力特性，并给出了限制和消除带式输送机黏弹性振动 的设计方法，提出了最佳的软起动和软制动控制曲线，结合沙曲矿井主斜井胶带输送机工程实例 与美国 *+,（ *-./01-2 +1.34567，,.68 ）用有限元数值计算的结果进行了对比，两个计算结果非常 接近，可用于理论研究与工程设计 9 关键词：带式输送机；动态特性；加速特性；动张力计算；软起动设计 中图分类号： :+#";8) 文献标识码：<
! 带式输送机的黏弹性振动方程及解析解求解
!"! 带式输送机的黏弹性振动方程的建立 带式输送机是由闭环的承载胶带、托辊、驱动装置、改向滚筒与拉紧装置组成的运输系统，图 ) 为采 用重锤拉紧的带式输送机系统 9 国外一些设计公司和国内的有关研究部门都是对带式输送机在空间上进行 离散化处理，将其划分为有限个单元（质量、弹性、阻尼）进行处理 9 离散系统的运动在数学上用常微分 方程来描述，方程的数目等于系统的自由度数 9 为了准确地描述和研究带式输送机的动态特性，本文将带式输送机作为一个弹性体连续系统来研究， 设定弹性体的惯性、弹性、阻尼都是连续分布的力学模型 9 连续系统的运动在数学上用偏微分方程来描 述，由于弹性体可以看作是无数个质点组成，所以连续系统具有无限多个自由度 9 设带式输送机承载分支的胶带长度为 ! ，若取位移 " > " （ # ， $ ） ，则变形! > ? " % ? # & 给定 ’ 为胶带 " " 的弹性模量（@ A 44 ） ； ( 为胶带的面积（ 44 ） ；" 为等效黏性阻尼； ) 为胶带、货物及托辊单位长度的
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