带式输送机启动阶段的优化设计

王纪东

（山西阳煤寺家庄煤业有限责任公司运输队，山西 晋中 030600）

引言

带式输送机为目前应用最为广泛的运输设备，其正朝着大运量、长距离以及大功率的方向发展，进而对带式输送机的启动特性提出了更高的要求和挑战。在实际应用中，带式输送机存在空载、重载以及满载的启动情况[1]。因此，为保证设备的平稳启动且不对工作面电网造成冲击，需加强对设备启动特性的研究，并对启动参数进行优化设计。

1 设备概况

M212 带式输送机为当前应用于寺家庄煤矿时间相对最长的运输设备，M212 带式输送机采用直接启动的方式，与其他带式输送机变频启动、软启动等相比存在输送带动张力过大、驱动滚筒驱动力矩过大的问题。因此，M212 带式输送机在实际运输任务中常出现断带、跑偏、纵撕等安全事故。

经研究可知，影响带式输送机启动特性的因素众多，继而影响带式输送机的动态特性。其中，权重较大的影响因素包括有带式输送机的启动方式、启动时间、启动速度等。因此，本文从带式输送机的启动方式、启动时间、启动速度等参数研究设备的启动特性，并对上述参数进行优化达到降低输送带张力的目的，继而解决带式输送机断带、跑偏、纵撕等事故的发生[2]。

2 带式输送机模型的搭建

本文以M212 带式输送机为研究对象，并基于RecurDyn 软件对设备进行虚拟样机建模。虚拟研究建模所依据的关键参数如表1 所示。

经查表可得：M212 带式输送机输送带的纵向拉伸强度为630 N/mm，每平方米输送带的质量为21 kg。根据表1 中带式输送机的关键参数，基于RecurDyn 软件搭建的虚拟样机模型如图1 所示。

表1 M212 带式输送机关键参数

图1 M212 带式输送机虚拟样机模型

基于如图1 所搭建的模型，本文将着重研究不同启动曲线、不同启动时间以及不同启动速度下带式输送机启动时输送带的张力变化情况。

3 带式输送机启动参数的优化

3.1 不同启动曲线下输送带的张力变化

带式输送机在启动阶段由于加速度突变或者加速度过大的原因产生较大的动载荷。其中，启动阶段加速度突变会对设备造成冲击；启动阶段加速度过大使得设备产生较大的惯性[3]。目前，M212 带式输送机采用直接启动方式，其加速度突变较大且加速度的最大值较大。因此，M212 带式输送机启动时会对系统造成较大冲击的同时产生较大的惯性力。

本节将分析Harrison 启动曲线、Nordell 启动曲线、S 形启动曲线和恒加速曲线下输送带的张力变化。设定仿真时长为10 s，预定带式输送机驱动滚筒的角速度为5 rad/s，且设定在四种启动曲线下的启动时间均为5 s。即，在四种启动曲线下滚筒角速度均在启动5 s 后达到设定的5 rad/s。在此阶段，不同启动曲线下对应输送带的张力变化如下页图2 所示。

图2 不同启动曲线下输送带的张力变化情况

如图2 所示，在Harrison 启动曲线下输送带的峰值张力最大，其次为等加速度启动曲线和Nordell启动曲线，S 形启动曲线下输送带的峰值张力最小。而且，等加速度曲线下系统的加速度存在突变，从而对带式输送机造成冲击。因此，排除Harrison 和等加速度的启动曲线用于带式输送机的启动。

对于Nordell 启动曲线，其张力峰值为19 705.82 N；S 形启动曲线的张力峰值为19 038.89 N，而且该启动曲线下出现张力峰值的时间相对其他启动曲线滞后，从而对系统所造成的冲击较小，给予系统冲击足够的缓冲时间。

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综上所述，采用S 形启动曲线用于对带式输送机的启动，能够有效降低输送带张力峰值，降低对系统的冲击。

3.2 不同启动时间下输送带的张力变化

经3.1 研究可知，S 形启动曲线对系统的造成的冲击力最小，且输送带的峰值较小[4]。因此，本节将以S 形启动曲线对带式输送机进行驱动，研究不同启动时间下带式输送机输送带的张力变化情况。启动时间分为预启动时间和加速度时间。

3.2.1 不同预启动时间下输送带的张力变化

设定预启动时间为1 s、5 s、10 s，不同预启动时间下带式输送机输送带张力变化如图3 所示。

图3 不同预启动时间下输送带张力变化

如图3 所示，预启动时间为1 s 时输送带最大张力出现于2.3 s，且最大值为19 038.89 N；预启动时间为5 s 输送带最大张力出现于4.85 s，且最大值为16 289.83 N；预启动时间为10 s 输送带最大张力出现于8.2 s，且最大值为10 340.55 N。综上所述，输送带最大张力随着预启动时间的延长而降低。

3.2.2 不同加速时间下输送带的张力变化

图4 不同加速启动时间下输送带的张力变化

如图4 所示，当加速时间为3 s 时，输送带张力峰值为18 801 N，当加速时间为20 s 时，输送带张力峰值为7 447 N。随着加速时间的延长，带式输送机输送带张力峰值不断减小，且变化趋势更加平缓。

综上所述，启动时间的延长（预启动时间和加速度时间）能够降低输送带张力的峰值，可降低对系统的冲击[5]。

3.3 不同启动速度下输送带的张力变化

设定启动速度分别为5 rad/s、8 rad/s、10 rad/s 以及15 rad/s，不同启动速度下输送带的张力变化如图5 所示。

图5 不同启动速度下输送带的张力变化

如图5 所示，随着启动速度的不断增加，对应输送带的张力不断增加；而且，随着启动速度的增加，输送带的张力波动较大，进而对系统造成的冲击较大。因此，以5 rad/s 的启动速度最佳。

4 结论

随着带式输送机朝着大运量、长距离以及高功率的方向发展，对带式输送机的启动特性提出了更高的要求。为保证带式输送机启动阶段对系统造成的冲击，提升系统的可靠性，本文对带式输送机启动阶段的参数特性进行研究：

1）S 形启动曲线下对系统造成的冲击力最小，且系统的惯性也最小；

2）随着启动时间的延长，输送带的张力峰值最小；且最佳预启动时间为10 s，加速度时间为20 s；

3）随着启动速度的增加，输送带张力峰值增大且张力波动较大，最佳启动速度为5 rad/s。