矿车对刚性车挡碰撞过程的Simulink仿真分析_贺文海

装 ・ 运 ・ 输
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结束语
图!
槽形托辊与气室关系
尽管气垫带式输送机在我国广泛应用的时间不 长， 生产和使用过程中还存在很多技术难题， 但随着新 型材料的不断出现（例如近几年出现的纳米材料） 、输 送机不断地智能化以及盾构技术的不断发展，气垫带 式输送技术在盾构机中的应用会越来越广泛。
参 考 文 献
化学工业出版社， " 王世钧等 2 气垫带式输送机设计选型手册 2 北京： "88,2 华中理工大学出版社， . 尹旅超等 2 日本隧道盾构新技术 2 武汉： "8872 / 吴瑞清 2 胶带输送机的国内外发展趋势 2 机械工程师， .++" 0 7 1 " 0 收稿日期： .++/ 9 +7 9 ". 1
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质量为 ( 888 >5、 $ 888 >5 及 * 888 >5 装有货载的矿 车以 (8 ’ & F 的速度与车挡碰撞，碰撞力随时间的变化 矿车与车挡的碰撞过程可 曲线如图 # 所示。由图可见， 视为两个阶段： （ (） 碰撞力逐渐增大到 碰撞力 最大值； （ $） 从最大值逐渐减 小。第一阶段碰撞 力随时间的变化率 小于第二阶段碰撞 力随时间的变化 率。当碰撞力超过 图 # 不同质量矿车碰撞力 矿车的屈服极限 随时间变化曲线 时，在碰撞过程的 两个阶段矿车发生塑性变形。而且第二阶段矿车的塑 性变形量小于第一阶段的塑性变形量，也就是第一阶 段矿车的柔度大于其第二阶段的柔度。在第一阶段， 由于矿车柔度大，碰撞得到了缓冲，所以第一阶段碰 撞力的变化率较小。 矿车对车挡的最大碰撞力是一个主要参数。 质量 为 ( 888 I * 888 >5 装有货载的矿车以 (8 、 (!、 $8 ’ & F 的 速度与车挡碰 撞， 最大碰撞力 随矿车质量变化 曲线如图 ! 所 示。 将图 ! 中各 曲线拟合所得方 程 及 2$ 值 如 表 由图 ! ( 所示。 图 ! 不同速度矿车最大碰撞力 可见， 同一碰撞 随其质量变化曲线 速度的矿车与车 挡之间的最大碰 撞力与矿车的质 量呈线性关系。 上 由表 ( 可见， 述三条曲线的斜 率随碰撞速度的 增大而增大， 最大碰 撞力对碰撞速度敏 感。 图 " 为不同质 量矿车与车挡之间 的最大碰撞力随碰 撞速度的变化曲线， 图 " 不同质量矿车最大碰撞力 其方程及 2$ 值如表 随其速度变化曲线 $ 所示。由图可 见， 最大碰撞力 随碰撞速度的 增大线性增大， 而且矿车的质 量越大， 最大碰
0 " 1 生产率 目前， 我国托辊带式输送机的带速一 般低于 / 2 ", % 3 4，而气垫带式输送机则适于高速度运 行， 国外有的达到 ". 5 ", % 3 4。气垫带式输送机的盘槽 最大允许装料横断面 边角， 比托辊的槽角增大近 " 倍， 面积增大约 .+6 5 -+6 。所以气垫带式输送机有较高 的生产率。 0 . 1 设备投资费用 输送带芯层数由 ! 层减少到 层， 节省输送带购置费用约 /+6 。在!! 2 / % 型盾构机 由于气室的加工工艺简单， 所以就 中可节省钢材 "76 。 制造费用， 气垫带式输送机较托辊带式输送机便宜。 0 / 1 耗电量 气垫带式输送机的承载带在气膜上 运行，其运行阻力系数只有托辊带式输送机承载带在 槽形托辊上运行阻力系数的 .+6 5 ,+6 。虽然增加了 通风机， 但总功率消耗仍可节约 "+6 5 /+6 。 0 - 1 空间结构 气室取代槽形托辊，输送机的纵 向尺寸减小了一半，盾构机后配套拖车的空间增大， 这对盾构机的结构设计和流体系统的管路布置都非常 有益。
改造前后主要设备比较见表 "。改造前后结构尺 寸比较如图 ! 所示。在保持带宽不变的情况下，输送 机的纵向尺寸可以减小一半。
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技术指标和经济效益
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矿山机械
— —车挡等效刚度， !$ — % &’ — —分别为矿车位移和车挡位移， "( ， "$ — ’ 等效刚度为 !( ) 式中
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仿真结果及分析
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近
号处理器放大处理后， 使 ; 吸和， 几年来， 随着洁净煤技术的推广应用， 配煤生产 电磁阀线圈 <)# 、 <)! 开始成为我国部分选煤厂扩大生产、 降低成本的 无电不工作， 空气炮不工作。当精煤给料不正常时， 胶 有效途径， 也为综合利用能源拓宽了渠道。 兴隆庄煤矿 带上无料或料较少，探头来的信号经信号处理器放大 选煤厂的配煤生产， 是采用 处理后， 使 ; 释放， 电磁阀 论文编号： &""& ’ (%)# * !""# + "! ’ ""!% ’ (" 不同灰分的单一煤种， 掺配 线圈 <)# 得电工作，空气 生产动力煤。 在其生产过程 炮 5# 工 作 ， 释 放 压 力 空 中，能否实现原料煤 1 混煤 气， 疏通煤流； 若精煤给料 和精煤 3 的均匀给料，成为 仍不正常， <* 延时 - 6 闭 影响动力煤质量主要环 和，电磁阀线圈 <)! 得电 节。 混煤仓下安装着振动型 工作，空气炮 5! 工作，释 给煤机，混煤给料均匀，不 放压力空气， 疏通煤流。 这 吕宜山 易出现异常； 而精煤仓下没 样就基本解决了精煤给料 兖矿集团兴隆庄煤矿 山东兖州 !"!#$! 有安装给煤机的空间， 精煤 不均的问题。 靠自重形成的压力， 直接从仓底洞口槽落下， 这种给料 方式虽然方便实用， 但存在着给料不均现象， 造成掺配 生产的动力煤质量不稳定。
# 4 放水阀 器
! 4 空气炮 5# 、 5!
% 4 喷嘴
& 4 二位三通电磁阀 - 4 过滤 . 4 探头 #$ 4 带式输送机
0’ 截止阀 " 4 气源
/ 4 信号处理器
图Fra Baidu bibliotek
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自动空气炮的工作原理
自动空气炮结构示意见图 #。 自动空气炮电气控制 原理见图 !。 图 ! 中， 除 + 和 7$ 需现场制作外， 其他元 件均可购置。 用 $ ’ - 88 的漆包线， 在直径为 / 88 的骨 架上密绕 %$ 匝，作成图中的 +。将 $ ’ - 9 & 88 的不锈 钢板 &$$ 88 : -$$ 88，用绝缘材料平行固定于距胶带 约 -$$ 88 的距离， 作探头 1 感应电容器 3 7$ 。 其工作原理为： 在正常情况下， 探头来的信号经信
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了减少或避免倾斜井巷中跑车事故的发生，确 传统方法中忽略碰撞过程中车挡与矿车的塑性变 保矿井提升和运输安全，根据《煤矿安全规 为 形， 将车挡按简支梁建模， 其力学模型如图 " 所示。 程》的要求，在 了准确地模拟碰撞 论文编号： &""& ’ ()*# + !""# , "! ’ ""!% ’ !) 斜井运输线路上 过程中矿车与车挡 必须设置跑车防 之间的作用力， 本 护装置。车挡是 文根据等效刚度及 跑车防护系统的 等效质量的原理， 重要组成部分， 运用两自由度力学 其合理设计与跑 模型动态模拟矿车 车防护装置的使 与车挡的碰撞过 贺文海 任中全 唐 伟 用性能直接相 程， 力学模型如图 西安科技大学机械工程学院 陕西西安 *"++,关。车挡的设计 碰撞过程 . 所示。 计算比较复杂，因为在制动过程中，矿车对车挡产生 中，矿车与车挡 之 间 巨大的碰撞力，而且碰撞力随时间剧烈变化，用传统 的碰撞力很大， 所 以 的方法难以描述其特征。通常将矿车所受重力沿轨道 矿车受到的重力 、 轨 方向的分力乘以放大系数作为碰撞力进行计算，并认 道与车轮之间的 摩 擦 为碰撞力为常数，将动态过程简化为静 力可以忽略。 态过程。本文以刚性车挡为例，应用仿 图 . 两自由度力学模型图 根据牛顿定律， 真软件 #$%&’$() 对跑车防护装置的动力 矿车与车挡的碰撞过程中两自由度力学模型的动力学 学、运动学参数进行动态模拟，以揭示 方程为 矿车与车挡的碰撞机理，从而为跑车防 （ "） !" " # " : $" 0 "" 9 ". 1 ; + 护装置的设计提供主要参数。 （ .） !. " # " : $" 0 "" 9 ". 1 : $. ". ; +
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?4’@24A> 仿真模型的建立
根据上述矿车与车挡碰撞过程的两自由度力学模 型 及 数 学 模 型 ， 建 立 的 ?4’@24A> 仿 真 模 型 如 图 * 所
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— —矿车与车挡之间的作用力， ,— % — — —与 有关的数 & / % ! 根据瑞利法 + /0123456 - ， 等效质量为 0$ )"7 式中
图*
?4’@24A> 仿真模型图
示。 模型中子系统 BCD’4. ?@EF1FC3’ 是根据式 （ $） 建立的 用来动态模拟等效质量 0$ 在碰撞过程中的运动学及 动力学参数。 子系统 GA0E23; ?@EF1FC3’$ 是根据式 （ (） 建 立的用来动态模拟矿车对车挡的作用力逐渐增大过程 中矿车的运动学、 动力学参数。子系统 GA0E23; ?@EF1FH C3’* 用来动态模拟矿车对车挡的作用力从最大值减小 到零的过程中矿车的运动学及动力学参数。
为
矿车对刚性车挡碰撞 过程的 #$%&’$() 仿真分析
装 ・ 运 ・ 输
" 建立
数学和力学模型的
式中
图 " 传统力学 模型图
— —矿车质量， !" — )< — —车挡等效质量， !. — )< — —矿车塑性变形等效刚度， $" — = 3%
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自动空气炮在配煤 生产中的应用
% 应用效果
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解决方案
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解决精煤给料不均的方案有以下几种： 1 # 3 扩大落料口 增大仓底洞口和溜槽的尺寸， 减 少给料阻力，从而保证均匀给料。该方案施工成本较 高， 现场空间不利于施工， 且成功率不高； 1 ! 3 安装激振器 在溜槽上安装激振器， 减少给料 淤积阻力， 从而保证均匀给料。 该方案能解决溜槽部位 的堵塞，不能解决仓内起拱问题，且生产时噪声较大、 能耗较多，不符合环保要求，并容易造成溜槽损坏事 故； 1 % 3 研制自动空气炮 该方案是利用仓底现有的 空气炮， 改造其控制系统， 当精煤给料均匀时， 空气炮 不动作； 当精煤给料不均时， 即精煤量过小时， 传感器 的信号反馈到控制系统，空气炮放炮，使精煤正常给 料， 如果一炮不解决问题， 延时 - 6 后， 自动放第二炮。 既采用通过传感器采集信号，延时控制两台空气炮的 工作状况， 以此解决精煤给料不均的问题。 比较以上三种方法可以看出，第三种方法最科学 合理。
图
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（ *）
— —车挡弹性模量， #— % & ’$ — —车挡截面对中性轴的惯性矩， $— ’# — —车挡长度， %— ’ — —车挡上端 ’ 到碰撞端 ( 的距离， &— ’ 碰撞过程中， 认为车挡的动挠曲线 ) + " * + - 是静力 , 作用在车挡 ( 处的静挠曲线， ’( 段的挠度为 ) + " * + - ) ).