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带式输送机非稳态过程波动分析方法的研究

万亮亮  
【摘要】:带式输送机是重要的物料输送设备,广泛应用于冶金、矿山、码头和粮食等领域。随着带式输送机向大运量、高速度、长距离化方向发展,其动力学特征受到广泛关注。复杂工况带式输送机难以用解析的方法求解。常用的有限元方法求解过程比较复杂,难以实现输送机的实时控制。输送带中的速度和张力本质上是波动传递,用波动分析的方法进行分析更加接近输送带的动力学本质。 建立了输送带的粘弹性波动方程,通过谐波解分析导出了输送带中波的衰减系数和波速,二者皆与频率有关系。对于低阻尼高弹性的钢绳芯输送带来说,可以忽略波动频率对波速的影响。但是输送带的粘滞特征对波的衰减效应不可忽略。 速度波和张力波之间存在阻抗关系,沿着系统正方向传播的波,张力波和速度波之间存在负阻抗关系,反之是正阻抗关系。结合波的阻抗关系和驱动滚筒、改向滚筒等的动力学方程导出了波的激发和折反射模型。波在输送线路上衰减传播的同时要克服外部阻力,借助于集中阻力点的边界条件建立了速度波克服线路阻力的模型。 研究了速度波通过曲线段的情况,速度波通过曲线段与通过直线段的机理相同,导出了曲线段的粘性时间常数和虚设加速度。建立了拉紧装置的波动模型,入射波在拉紧滚筒处发生折反射,而且反射波分量更大。在稳定状态下,入射波会发生全反射。 对启动控制策略进行了研究,分析了影响启动过程最大张力的因素。增加驱动电机数量,增加头部或减少尾部的转动质量都能起到降低非稳态过程最大张力和波动程度的作用。对输送机的停机过程进行了研究,基于拉紧滚筒处速度波发生全反射的结论可以导出停机过程的初始值。建立了停机过程的第二力学模型。仿照启动过程进行了停机过程的分析。 研究了波动算法,并用Matlab进行了编程。仿真了简单工况的带式输送机,验证了波动分析方法的合理性。对一条多驱动复杂工况的大型带式输送进行了仿真,得出了启动和停机过程中输送带的最大张力及张力、速度分布,仿真结果与理论计算一致。分析表明波动分析方法能够实现带式输送机的实时控制。


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