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摘要：带式输送机是散状物料实现远距离运输的高速度、自动化、连续性作业的理想设备，已广泛应用于电力、冶金、化工、煤炭、矿山、港口等部门。本文对带式输送机启动不打滑的动态特性进行了论述。
关键词：带式输送机；启动不打滑；动态特性
1.带式输送机概述
带式输送机又称胶带输送机，广泛应用于家电、电子、电器、机械、注塑、印刷、食品等各行各业，物件的组装、检测、调试、包装及运输等。它主要由两个端点滚筒及紧套其上的闭合输送带组成，其中，带动输送带转动的滚筒称为驱动滚筒（传动滚筒）；另一个仅在于改变输送带运动方向的滚筒称为改向滚筒。驱动滚筒由电动机通过减速器驱动，输送带依靠驱动滚筒与输送带之间的摩擦力拖动。驱动滚筒一般都装在卸料端，以增大牵引力，有利于拖动。物料由喂料端喂入，落在转动的输送带上，依靠输送带摩擦带动运送到卸料端卸出。
2.带式输送机黏弹性振动方程建立
2.1带式输送机黏弹性动力学模型建立。Maxwell模型、Kelvin模型、三元件模型及五原件模型等是目前广泛采用的输送带黏弹性模型。对大多数输送带来说Maxwell模型、Kelvin模型最具代表性，其他更复杂的模型是在这2种模型基础上，增加弹性模型和黏性模型进行不同方式的串联和并联而得到的。本文选择Kelvin模型作输送带黏弹性动力学模型，它又称非松弛模型，是由黏性元件和弹性元件并联组成。
2.2带式输送机的动力学方程建立。承载输送带、托辊、驱动装置、改向滚筒与张紧装置组成了一个闭环的带式输送机运输系统。大多研究学者是将输送带划分成有限元，对每个单元集中质量建立动力学方程，将各个单元组合起来得到系统有限元分析方法的动力学模型。为了准确建立带式输送机黏弹性振动方程，本文以输送带为连续体建立其偏微分波动方程，这种模型可得到精确的数学模型，能有效对带式输送机系统进行仿真。
此外，对黏弹性体输送带，其运动学参数不仅是时间的函数，也是黏弹性体输送带断面位置的函数。输送带在启动过程中，因静张力和动张力的共同作用产生的变形称为弹性位移。
3.输送带软启动过程中的动张力及加速度响应
3.1软启动设备控制加速度。传统带式输送机选择液力偶合器进行软启动，其启动过程中输送带的冲击应力波大，产生较大的动张力。为减小输送带启动时的动张力，在设计中可采用CST可控启动传输设备或电气软启动设备，通过设计合适的启动加速度曲线，有效限制带式输送机系统的启动冲击，减小输送带的启动动张力，启动速度曲线变成平滑的S形。此外，采用抛物线形加速度不但能有效限制输送机启动时输送带的黏弹性振动，而且能使输送带加速过程中的动张力达到最小。
3.2输送带动张力及加速度响应。采用分离变量法和广义坐标法，在忽略阻尼的情况下，若选择抛物线形加速度作为软启动控制加速度，可求得在采用固定绞车张紧装置时的抛物线加速度响应。另外，考虑输送带的波动特性，在忽略阻尼的情况下，求出在采用固定绞车张紧装置时，采用抛物线形加速度时输送带的动张力。
4.输送机启动不打滑条件
带式输送机在启动过程中输送带在驱动滚筒上不打滑的条件为：
S1+Sdl≤（S2-Sd2）
式中：S1、S2为输送带在驱动滚筒上绕入点、绕出点的静张力；Sdl、Sd2为输送机启动时输送带在驱动滚筒上绕入点、绕出点的动张力；为驱动滚筒与输送带间的摩擦因数；为输送带在驱动滚筒上的围包角。
5.应用实例
5.1某矿带式输送机参数。某煤矿主斜井带式输送机采用交流变频调速驱动装置进行软启动，带式输送机的设计能力如下：输送量257t/h，倾角0°～25°，带宽800mm，带速3.15m/s，qB=23.2kg/m，qG=22.68kg/m，每米承载托辊转动质量为11.7kg/m，每米回程托辊转动质量为4kg/m，带式输送机长度1504.474m，输送带的刚度为95×l06N，单滚筒单电动机驱动，电动机驱动功率355kW，该带式输送机采用固定绞车张紧。
5.2动力学计算。在计算出弹性波传播速度及其传播时间Ts、基波振动频率、基波振动周期T1的基础上，设计最佳的启动控制曲线带式输送机启动时间T，当T与T1的比值不小于15时，加速度响应曲线的振动幅度降低到激励加速度的10%以下，输送带的启动动张力冲击能进一步减小。
5.3曲线仿真。利用MATLAB软件实现满载和空载工况下带式输送机启动过程速度、加速度、加速度响应，以及驱动滚筒绕入绕出点动张力的仿真，仿真结果如图1和图2所示。
由图1a和图2a可知：带式输送机的启动速度曲线是平滑的S形曲线，可减小带式输送机的启动冲击。由图1b、图1c、图2b、图2c可知：满载加速度响应的振动幅度约为激励加速度的2%，空载加速度响应的振动幅度约为激励加速度的1.8%，即2种工况下，带式输送机的启动加速度响应的振动都不大，均降低到各激励加速度的10%以下，带式输送机启动过程中系统的振动被有效地限制。由图1d、图1e、图2d、图2e可知：带式输送机启动过程中滚筒绕入绕出点的动张力值总是大小相等方向相反的，即启动过程中带式输送机会出现紧边越紧，松边越松的情况，启动过程中的动张力最大值和实时张力振动都得到了有效的限制。
5.4张紧力计算。为减小输送机启动过程中的动张力，设计完启动加速度和启动时间，精确计算出滚筒绕入绕出点最大动张力，同时还需准确计算能有效防止输送机启动打滑事故发生的输送机启动所需张紧力。
6.现场试验
根据以上仿真计算结论，矿方采用调整张紧力的方式进行现场试验。通过现场试验，并对启动过程及电动机电流变化进行观察和分析，发现如下问题：
1、进行空载启动试验时，当机尾张紧力为70、60kN时带式输送机均可正常启动，但启动时间短，启动过程带式输送带振动明显，对带式输送机冲击大。当机尾张紧力为50、40kN时带式输送机均可正常启动，但启动时间较长，启动过程带式输送带振动情况明显得到改善，当机尾张紧力为30kN时带式输送机不能正常启动，出现打滑冒烟现象。
2、进行满载启动试验，当机尾张紧力为80、70kN时输送机均可正常启动，但启动时间短，启动过程输送带振动明显，对带式输送机冲击大。当机尾张紧力为60、50kN时输送机均可正常启动，但启动时间较长，启动过程输送带振动情况明显得到改善。当机尾张紧力为40kN时输送机不能正常启动，出现打滑冒烟现象。
通过试验，验证了对该带式输送机动态特性仿真计算结果的正确性。
7.结语
综上所述，启动打滑是带式输送机失效的主要形式，也是生产中经常发生的一种事故，若处理不好，轻则造成运输系统中断，影响生产；重则导致输送带着火，烧毁输送带，甚至造成人员窒息死亡，从而给整个煤矿生产带来不可估量的损失。
参考文献：
[1]侯友夫.带式运输机动态分析模型研究[J].中国矿业，2014（11）．
[2]李军霞.带式输送机新型制动系统的研究[D].太原：太原理工大学，2015（24）.