带式输送机受料段的结构优化设计

2018-09-18吴立俣

机械管理开发 2018年9期

吴立俣

（山西焦煤西山煤电集团公司东曲煤矿机电科，山西古交 030200）

引言

带式输送机系统的受料端是输送机系统接受物料的部分，也是输送机的重要组成部分。输送机的受料端在实际使用过程中，长期受到煤炭不规则大小、重量、冲击力的作用，极易发生磨损和故障[1]，从而影响煤炭的输送，因此如何提高带式输送机系统受料段的可靠性，确保输送机系统工作的稳定性，便成了煤炭生产企业迫切需要攻克的难题。

1 输送机受料段数学模型的建立

根据实际使用情况，在建立输送机受料段的数学模型时，需要考虑以下因素[2]：

1）受料段的输送带，在物料冲击时产生的纵向震动情况类似于大跨度的梁在受力时上下震动情况，因此将该段的输送带简化为梁；

2）因输送带的震动主要是由其受冲击时的纵向震动引起，因此在我们分析忽略其横向震动，只考虑其纵向振动；

3）输送机受料段的距离较短，且输送带所具有的黏弹性特性对于输送带的纵向震动的影响很小，因此输送带在受料段的数学建模不考虑输送带所具有的黏弹性特性；

4）将输送机受料段的缓冲托辊结构简化为简单的弹性支撑结构。

根据以上因素，在建立输送机受料段的数学模型时，可以把它简化成为带有均匀分布载荷的弹性梁系统，简化后的力学模型如图1所示。

2 受料段输送带的振动方程

假设带式输送机受料段的托辊之间的距离为L，以沿输送带运动方向的起始端为原点，以输送带的运行方向为X轴，以输送带受冲击力的方向（垂直方向）为W轴，建立坐标系，对输送带上x点，长度为dx的输送带的微单元进行分析，其受力示意图如图2所示。

图1 输送机受料段力学模型

图2 输送带微元段受力示意图

图 2 中：A（x）为输送带的横截面积；E（x）为输送带的弹性模量；P（x）为输送带上物料的密度；I（x）为输送带横截面积关于中性轴的惯性矩；W（x，t）为表示x处的截面中性轴在t时间的位移。

由图2可知，输送带的纵向振动方程可表示为[3]：

式中：P为输送带内的密度；S为输送带内部张力；A为输送带内的横截面积；Q为t时刻输送带横截面上的剪力；W为x处的截面中性轴在t时间的位移；f为输送带所受的外力；θ为输送带受力方向和水平方向的夹角。

式中：M为输送带所受的外力矩；E为输送带的弹性模量；I为截面关于中性轴的惯性矩。则式（1）可简化为

带式输送机输送带的固有频率的振动公式可表示为：

式中：W表示x处的截面中性轴在t时间的位移；E为输送带的弹性模量；n为输送带微元个数；L为输送带长度。

带式输送机系统输送带的两侧为弹性托辊系统，因此为其设置如下的边界条件：

式中：k为输送带线性系数，一般取0.4。

3 振动段振动特性的仿真分析

本文以某煤矿带式输送机为例进行模拟计算[4]，其基本参数如表1所示。

表1 输送机参数分布表

根据以上基本参数，假设受料时的位置位于x=0.2 m处，采用Matlab仿真分析软件对其进行仿真分析，可得出该处受到物料冲击时带式输送机在受料段的输送带的纵向针动幅值的变化情况，如图3所示。

图3 受冲击时的振动幅值

为了明确影响输送机系统受料段振动特性的主要因素，针对性的提出优化解决方案，因此我们分别以输送机系统受料段的托辊间距、张紧力为变量，对其对输送机受料段的影响特性进行分析，结果如图4—图7所示。

由图4、图5可知，当其他条件不变的情况下，受料段的托辊距离为600 mm时，受料段在物料冲击作用下的振幅约为75 mm，其波动的频率约为208 Hz，当托辊间的距离为400 mm时，受料段在物料冲击作用下的振幅约为2 mm，其波动的频率约为322 Hz。

图4 托辊间距为600 mm时的振动幅值

图5 托辊间距为400 mm时的振动幅值

由图6、图7可知，当其他条件不变的情况下，当输送机系统的张紧力为50 000 N时，受料段在物料冲击作用下的振幅约为12 mm，其波动的频率约为263 Hz，当输送机系统的张紧力为5 000 N时，受料段在物料冲击作用下的振幅约为26.5 mm，其波动的频率约为249 Hz。

图6 张紧力为50 000 N时的振动幅值

由仿真结果分析可知，当带式输送机系统受料段其他各参数保持不变的情况下，降低受料段托辊之间的距离或者增加输送机系统的张紧力均可以减少输送带在受冲击力作用下的振动幅度。因此在综合考虑煤矿综合生产效益及改造可行性上，我们采用增加导料槽长度，同时增加托辊间距的方案来降低输送机系统受料段在受料时的振动冲击，提高其工作稳定性和使用寿命。