带式输送机动态特性仿真分析与实验研究

发布时间：2020-09-16 14:47

　　 带式输送机在现代工业领域中是举足轻重的运输设备,并朝着运送量更大、适应能力更强以及连续运输更稳定的方向发展。大型带式输送机运行过程的动态特性比较复杂,输送机较大的动张力可能导致输送带撕裂以及输送机的剧烈振动,因此,有关带式输送机驱动系统和张紧系统的优化方法应运而生。文章针对带式输送机大挠度、粘弹性以及大运量的特点,分析了不同运行阶段输送带动张力分布的规律,解决了传统带式输送机动张力的研究主要涉及输送机特殊位置的张力而未兼顾整机张力分布的问题,为有效降低输送带的设计安全系数,预防输送带撕裂提供了理论支撑,为输送机驱动系统和张紧系统的优化升级提供依据。根据带式输送机的基本特性,本文分析了三种研究带式输送机动态特性的方法,分别为牛顿分析法、有限元分析法和波动分析法。对于大型带式输送机,目前主流的研究方法是波动分析法和有限元分析法。波动分析法过于简化输送机模型,而忽略了诸多影响输送机运行动态的因素,而且波动方程的求解过于复杂;相比而言,有限元分析法可将输送机进行离散化,离散化的程度取决于计算机的计算能力,离散化的程度越高,考虑的因素越多就越逼近输送机运行的真实参数。常用的输送带离散模型有Maxwell模型和Kelvin-Voigt模型,分别表示输送带的松弛特性和滞后特性。由于输送机运行过程中输送带的滞后特性对输送机动态特性的影响远超过松弛特性,因此本文使用Kelvin-Voigt模型。本文利用AMESim软件对带式输送机进行离散化建模,并采用Harrison加速度起动方式进行起动,仿真得出在起动、正常运行以及紧急制动工况下带式输送机分布式动张力、速度以及加速度的三维曲线图。仿真结果显示,距离驱动滚筒越远处的输送带速度波动越剧烈,但整机的速度分布特性并不明显。由机尾和机头速度峰的相位差可求出弹性波在输送带中的传播速度,该速度与用波速公式计算出的速度相一致。输送机的加速度在张紧阶段具有明显的分布特性,在运行过程中未出现明显的分布特性,且一直保持很低的水平,整机没有出现较大的柔性冲击。输送机动张力的分布特性十分明显,整个仿真过程中张力沿机头到机尾都是递减的,驱动滚筒匀速运行期间机头的张力达到了机尾张力的2倍,机头的最大张力是稳定运行时张力的1.3倍。该分析方法兼顾了输送机整机的动态特性分布,有利于带式输送机的优化升级。本文提供了一种新的实验方法,通过对比试验台输送带的张力和仿真张力来验证基于AMESim的带式输送机仿真方法的合理性。试验台为21m长的可伸缩式带式输送机,传感器包括压力传感器、拉力传感器和编码器。压力传感器配合小轮子将输送带撑起一个夹角,通过该夹角的大小将压力传感器的数据换算为输送带的张力,这种方法可测量输送带上几乎任意处的张力。最终结果显示实验数据曲线与仿真数据曲线的趋势比较一致,说明本文仿真分析具有一定的可行性。本文的创新点包括输送机分布式动态特性的分析以及实验验证仿真方法的合理性。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH222

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本文编号：2819987