长距离胶带输送机启动过程动态特性仿真分析

摘要：利用动力学分析软件RecurDyn建立胶带输送机的仿真模型，对胶带输送机在启动过程中胶带张力以及传动滚筒的速度、加速度、扭矩等变化进行动态仿真，并对仿真结果进行分析。有利于完善胶带输送机的设计理论，提高胶带输送机的市场竞争力。

关键词：胶带输送机；动态特性；RecurDyn；仿真分析

1.引言：

大型带式输送机系统的动态过程的研究是直接关系到带式输送机设计、制造水平的课题[1]。输送机的起制动过程产生的动载荷将直接影响到输送带的选择、拉紧装置的设计，驱动装置的驱动能力等问题。输送机的动态过程的研究是保证输送机在起制动过程中寻求降低输送带和其它零部件的动载荷的重要途径。它是带式输送机设计的技术上可行和经济上合理的核心问题。

2.基于RecurDyn的胶带输送机仿真模型的建立

利用韩国FunctionBay公司RecurDyn（Recursive Dynamic）软件建立虚拟样机模型[2]。

胶带输送机动力学仿真模型的具体参数：头部滚筒中心与尾部滚筒中心的距离为16m，胶带带宽0.8m，驱动滚筒直径1m，尾部滚筒直径0.8m，头尾该向滚筒直径均为0.5m，上下托辊的直径为0.133m，上托辊间距为1.2m，下托辊间距为3m，且滚筒和托辊均设为刚性材料；胶带与驱动滚筒的摩擦系数是0.35，胶带与改向滚筒的摩擦系数是0.3，与托辊的摩擦系数是0.35；胶带型号选为ST-1250，胶带的弹性模量E=30.830N/m，泊松比v=0.45，胶带单位长度质量为24.7kg/m2，胶带厚为12mm。根据以上参数建立的胶带输送机仿真模型。

3.胶带输送机启动特性仿真分析

3.1.启动曲线的确定

按照胶带输送机启动原则，通过对比分析HARRISION法、余弦法以及NORDELL法启动曲线，这三种方法都可以很好的降低胶带的动张力。通过对比分析三种方法的优劣，所建模型的启动曲线采用余弦法。

3.2.胶带输送机的启动设置

所建模型的速度设为2m/s，启动时间为20s。建立完胶带输送机模型并对启动进行设置，设置仿真时间为30s，仿真步数为1200，进行仿真运算。仿真运算完，可以查看胶带输送机的整个启动运行情况；也可以通过绘图按钮，对各部件的速度、加速度、各方向的受力及其转矩在胶带输送机运行过程中的各自变化曲线。

3.3.仿真结果分析

驱动滚筒及其尾部滚筒的速度对比曲线如图1所示，图中的Vel-Relative-qud为驱动滚筒速度曲线，Vel-Relative-RevJoint25为尾部滚筒速度曲线。从图1中可以分析出，在刚启动时，尾部滚筒的启动速度与驱动滚筒的速度有一定的滞后，这是因为胶带是一个逐渐启动的过程，且在启动过程中的应力波从驱动滚筒传到尾部滚筒要用一定的时间，这才致使尾部滚筒的启动速度滞后于驱动滚筒的启动速度。20s后，驱动和尾部滚筒的速度趋于稳定值。

同理，可以对驱动滚筒及其尾部滚筒的加速度对比曲线进行分析（图略）：

从驱动和尾部滚筒加速度曲线对比来看，在启动过程中尾部滚筒的加速度曲线虽与驱动滚筒的加速度曲线接近，但从加速度放大图中可以看出尾部滚筒一直存在小的波动，这与胶带的波动有关，是因为应力波波动造成的。在启动20s后驱动滚筒的加速度为零，而尾部滚筒的加速度仍有波动不为零，这是由于应力波的传播滞后造成的。在20s后驱动与尾部加速度趋于零，这与前述的驱动和尾部滚筒的速度趋于一定值的结论是一致的。

对胶带输送机启动过程中的驱动和尾部滚筒处的张力变化曲线进行分析，可以得出以下结论：胶带在刚刚启动瞬间，动张力有一个峰值，这是由于胶带重锤预拉紧造成的。胶带在整个启动过程中，胶带的张力是逐渐增加，15s后趋于一定值；驱动滚筒奔处的张力与尾部滚筒处的张力有一差值，这是由于两滚筒间存在运行阻力的缘故。而驱动滚筒扭矩曲线趋势与张力曲线趋势相同。

4.结论

胶带输送机在启动时一般会有较大的冲击，如果处理不好将造成胶带输送机无法正常运行，甚至会发生断带等事故，因此对胶带输送机的启动特性的研究是胶带输送机设计环节中的重要一环。对胶带输送机进行动力学分析能够得到胶带输送机在启动过程中的胶带张力、速度、加速度的变化，可以预防胶带输送机在启动过程中大的冲击，优化胶带输送机，为工程设计人员提供新的设计方案，从而可以推动胶带输送机的发展和应用。

参考文献：

[1]王鹰，孟文俊. 长距离大运量带式输送机关键技术及国内发展现状[J]. 起重运输机械，2005，（11）：1-5.

[2]黄运琳. Recurdyn在多体动力学上之应用[M]. 台北：五南图书出版股份有限公司，2009.

[3]胡文化. 带式输送机动态特性数值模拟方法的研究[D]. 西安：西安科技大学，2005.