基于MATLAB的带式输送机犁式卸料器的结构优化研究

2020-10-18宋雷庭

机械管理开发 2020年9期

宋雷庭

（山西长平煤业有限责任公司，山西高平 048400）

引言

输送机作为一种重要的物料输送设备，是煤炭生产企业中煤炭运输的核心装备，因此输送机工作的稳定性和可靠性直接决定了煤炭的运输效率[1]。作为带式输送机上的一部分，犁式卸料器虽然结构简单、质量小，但对提升输送机的输送效率具有十分巨大的作用，由于目前对犁式卸料器中导向板的设置无明确的规定，在实际应用过程中主要是通过工人的工作经验进行设置，因此造成其受载荷冲击影响较大，严重影响了卸料器的使用寿命，因此本文利用MATLAB仿真分析软件对不同工作夹角对卸料器工作特性的影响进行研究，针对性地提出了导向板角度的设置建议，极大地提升了其工作时的稳定性和可靠性。

1 带式输送机犁式卸料器的受力分析

由于输送机的卸料器在工作时受到物料冲击作用较大，因此首先对其工作时的受力状态进行分析，犁式卸料器工作时的受力简图如图1所示。

设输送机工作中犁式卸料器在物料的冲击作用下的受力为F，其可分解为垂直于导向板的正压力FZ及平行于导向板的力Fp。为了便于分析，将其划分为n个小的受力单元，物料的运行速度v0和输送机的运行方向一致。

图1 犁式卸料器的受力简图

由图1可知，卸料器工作时导向板所受的正应力σ可表示为[2]：

其所受到的剪切应力可表示为：

式中：l为输送机卸料器的导向板长度，m；B为带式输送机输送带宽度，m；α为输送机卸料器的导向板夹角，（°）；h为输送机卸料器的导向板的高度，m；b为输送机卸料器的导向板的厚度，m。物料在运行中与导向板相碰撞，在碰撞的时间微单元dt内的传递的质量m可表示为：

式中：qG为输送带上煤炭的线密度，kg/m；v0为输送带的运行速度，m/s。由能量守恒定律可得：

式中：v为输送带煤炭撞击到导向板后在dt末端的速度。由此分析可得，当煤炭在导向板作用下停止后，输送机工作中犁式卸料器在物料的冲击作用下的受力F可表示为：

2 不同导向板夹角下的卸料器受力特性

本文以某型输送机犁式卸料器为对象，分别对两组不同输送机工作参数下的运行情况进行对比分析，第一组输送机的运行时的线速度为2.5 m/s，输送带的宽度为0.8 m，导向板的厚度为0.006 m，输送带上物料的线密度为63 kg/m。第二组输送机的运行时的线速度为4.5 m/s，输送带的宽度为1.8 m，导向板的厚度为0.006 m，输送带上物料的线密度为183 kg/m，利用MATLAB仿真分析软件[3]对输送机的卸料器在不同工作角度情况下的夹角与所受应力的关系进行分析，其导向板的夹角和工作时导向板的切应力的关系曲线如图2所示。

图2 导向板夹角与切应力的关系曲线

由图2可知，在输送机的运行参数一致的情况下，犁式卸料器工作时所受的切应力随着导向板夹角的增加而增大，当犁式卸料器的工作夹角不变的情况下，输送机的带宽越大其工作时卸料器所受到的切应力越大。

卸料器工作时导向板的夹角和所受的正应力的关系如图3所示。

图3 导向板夹角与正应力的关系曲线

由仿真分析结果可知，两组不同状态下卸料器所受的最大正应力约为4 000 Pa，其远小于输送机卸料器导向板13 000 Pa的许用应力，导向板夹角的变化虽然会导致其工作时所受的正应力的增加，但增加幅度并不大，而且导向角的增加有利于增加煤炭散料的卸料速度。

输送机导向板的夹角和导向板的长度之间的关系曲线如图4所示。

图4 导向角和导向板长度关系曲线

由图4可知，输送机工作时卸料器的导向板之间的角度越大，卸料器的导向板在工作时的有效的导向长度随之降低，当其导向夹角超过60°时，导向板的长度随着角度的变化趋势逐渐减小，因此实际工作时将导向板的夹角设置为超过60°，能够很好地平衡导向板夹角和长度的关系，使其运行更具有经济性。

3 犁式卸料器的摩擦力与导向板夹角的关系

同理，在相同的工况下利用MATLAB仿真分析软件对输送机工作状况下卸料器的摩擦力和导向板的夹角之间的关系如图5所示[4]。

图5 摩擦力和导向板夹角的关系曲线

由分析结果可知，导向板的夹角越大，在工作时犁式卸料器所受到的摩擦力越大，输送的宽度越大其承受的摩擦力反而越小，当导向板的夹角大于80°时，其摩擦力的变化趋势逐渐地减缓，因此在对犁式卸料器的导向板的夹角进行设置时上限可设置为80°，避免摩擦力过大而导致的导向板的过度磨损，同时也能有效地避免角度过大而导致的无法清除输送带上的物料。