矿用带式输送作业中机跑偏仿真分析.pdf

184/矿业装备 MINING EQUIPMENT装 备0 引言带式输送机输送带跑偏时，不仅会加剧输送带和托辊磨损、减少带式输送机使用寿命，还会致使物料洒落等情况，严重的甚至可能会引发现场安全事故1。本文基于矿用带式输送机运行特征，介绍一种适用于带式输送机跑偏分析的虚拟样机仿真分析方法，对现有研究方法进行补充完善，将具有一定的研究价值。1 矿用带式输送机虚拟样机模型构建以某矿用带式输送机实验平台为研究实例，通过SolidWorks 软件对实验平台各基础结构进行三维实体模型构建，并对模型结构进行适当简化处理，去除掉对矿用带式输送机正常运行性能影响较小结构及区域，再对简化后模型进行虚拟装配，形成矿用带式输送机三维实体模型。将所形成的三维实体模型导入到 ADAMS 软件中，为模型配置约束和驱动。其中，约束包括托辊与地面间旋转副约束、相邻带块间轴套力约束、张紧连杆上的张紧力约束等；驱动则设置位于驱动滚筒上，具体驱动滚筒转动角速度处于 0d/s208.35d/s 区间内，具体转动加速时间为 1s。矿用带式输送机虚拟样机模型如图 1 所示。2 矿用带式输送机跑偏工况仿真矿用带式输送机跑偏工况仿真是在理想状态下分析不同工况条件下输送带是否存在跑偏情况。具体仿真时间和仿真步数分别设置为 15s 和 300 步。2.1 托辊轴线与输送带中心线不垂直仿真分析中设定托辊轴线与输送带中心线不垂直，即将模型中某一托辊进行水平偏转一定角度，并为保障仿真分析精准性，水平旋转托辊对应的旋转副也需要旋转同样角度。实施虚拟样机仿真分析后，选取虚拟样机中输送带的 12（尾部）、76（中间）以及 140（头部）带块作为数据采集点，进而获取到仿真分析结果。分析可知，在托辊轴线与输送带中心线不垂直工况条件下，位于输送带不同区域的三个带块均存在朝向 Z轴负方向跑偏情况，此种情况与实际工况条件保持一致；同一时间内位于输送带不同区域的三个带块的跑偏位移量存在较大差异，其中尾部带块跑偏位移量最大，其次为中间带块，头部带块的跑偏位移量相对较小。输送带在与水平偏斜托辊接触后，托辊向输送带输出侧向位移和侧向分力，并且由于输送带属于连续体，该侧向分力和侧向位移所造成的影响会一直存在，进而促使输送带出现整体偏移情况。具体偏移特征表现为此输送带进入工作面开始，输送带跑偏量持续加大，并在托辊水平偏斜位置达到跑偏最大值，之后在输送带自身的回复力作用下跑偏量持续减小。2.2 滚筒轴线与输送带中心线不垂直仿真分析中将矿用带式输送机虚拟样机的改向滚筒矿用带式输送作业中机跑偏仿真分析张建军（山西焦煤能源集团股份有限公司西山煤电西铭矿，山西太原 030052）摘要：基于矿用带式输送机运行特征，介绍一种适用于带式输送机跑偏分析的虚拟样机仿真分析方法。结合工程应用可知，该方法所获取的分析结果较为精准有效，可为后续矿用带式输送机结构优化设计提供方法参考。关键词：带式输送机；托辊；虚拟样机技术；ADAMS图1 矿用带式输送机虚拟样机模型2023.10 矿业装备/185进行水平方向偏转。受此影响，输送带在进入工作面的初始阶段便出现跑偏情况，具体表现如图 2 所示。输送带在改向滚筒的作用下沿 Z 轴正方向跑偏，并且此种跑偏还会在改向滚筒的作用下出现松边情况，具体跑偏量表现为随着时间的推移和输送带的运行而先增大、后减小。对比托辊偏斜和改向滚筒偏斜对输送带跑偏的影响可知，改向滚筒所造成的跑偏影响远大于托辊所造成的跑偏影响，所以，必须要在安装过程中严格限制滚筒的水平角度，避免出现滚筒偏移情况。3 矿用带式输送机调心托辊纠偏特性仿真分析3.1 调心托辊角度通常情况下，调心托辊的纠偏能力会随着托辊的偏斜角度的增加而持续变大，而调心托辊的最大偏斜角度为 25，因而分别采用 3、9、15、21和 25共五个角度进行虚拟样机仿真模拟，验证偏斜角度下调心托辊的纠偏效果。根据仿真结果可知，随着调心托辊偏斜角度的持续加大，调心托辊所受到的侧向力平均值表现出先增大后减小的态势，并且其实际侧向力波动变化也表现出先增后减的情况。以 140 带块为例，分析不同调心托辊偏斜角度下输送带侧向位移变化。根据仿真结果可知，随着调心托辊偏斜角度的持续加大，调心托辊所受到的侧向位移平均值表现出先增大后减小的态势。3.2 调心托辊正压力在仿真分析中将重力加速度、仿真时间以及仿真步数分别设置为 9.8m/s2、15s、300 步，并通过调整重力加速度的方式来实现输送带与调心托辊之间正压力关系变化模拟效果，分别将重力加速度值设置为 2 倍、3 倍、4 倍、5 倍、6 倍。根据仿真分析结果可知，随着调心托辊所承受的侧向力正压力持续加大，调心托辊所承受的侧向力表现出先增大后减小的态势，并且其实际侧向力波动变化也表现出先增后减的情况。以 140 带块为例，分析不同调心托辊偏斜角度下输送带侧向位移变化。根据仿真结果可知，随着随着调心托辊所承受的正压力持续加大，调心托辊所受到的侧向位移平均值表现出持续变大的态势。4 虚拟样机仿真分析方法的工程应用为验证虚拟样机分析结果是否科学有效，研究中还采用试验分析方法进行工程应用对比分析，具体应用中根据矿用带式输送机实验平台基本结构搭建试验分析所需的实验平台。该实验平台主要报考带式输送机实验模型、调心托辊、角度传感器等结构，并根据以上虚拟样机仿真分析过程开展具体试验分析。具体试验过程：不调整调心托辊偏斜角度，启动带式输送机，在带式输送机旋转一周后停止运行，采集运行数据。调整带式输送机偏斜角度至 3，启动带式输送机，在带式输送机旋转一周后停止运行，采集运行数据，并将带式输送机输送带调回中心位置。调整带式输送机偏斜角度至 6，启动带式输送机，在带式输送机旋转一周后停止运行采集运行数据，并将带式输送机输送带调回中心位置。重复以上流程，获取不同调心托辊偏斜角度下带式输送机运行数据。具体仿真分析和试验分析对比结果如表 1 所示，仿真分析法与试验分析法所获取的结果差异较小，证明虚拟样机仿真分析法具有较高的分析精度和应用价值。5 结束语基于矿用带式输送机运行特征，结合虚拟样机技术，介绍一种矿用带式输送机跑偏虚拟样机仿真分析方法。通过工程应用可知，虚拟样机仿真分析方法与试验分析方法之间所获取的结构差异性较小，确认虚拟样机仿真分析方法具有较高的分析精度和应用价值，可在后续矿用带式输送机跑偏分析中进行参考和应用。参考文献1 薛治东.矿用带式输送机跑偏分析及纠偏装置应用 J.机械管理开发,2020,35(12):160-161.图2 头部带块跑偏变化曲线表1 仿真分析法与试验分析法结果对比托辊偏转角度03691215182124仿真分析法偏斜量/mm 25.71 41.42 45.54 46.37 45.52 41.31 41.84 37.82 36.74试验分析法偏斜量/mm 24.35 42.43 45.77 47.55 46.12 41.68 42.73 37.25 36.53