长距离可伸缩带式输送机运行理论和张力控制技术研究

摘要

可伸缩带式输送机是煤矿综采工作面运输物料的重要设备。它的正常运行是保证工作面产煤量和生产效率的关健。目前，我国年产千万吨级的矿井越来越多，工作面顺槽可伸缩带式输送机朝着长运距、大运量的方向发展。近年来长运距、大运量的可伸缩带式输送机在使用过程中经常发生严重的事故，而我国在这方面的研究滞后于生产发展的需要。尤其是可伸缩带式输送机在启动、停机和机尾前移等非稳态运行时的胶带张力是如何变化和控制需要深入研究。
　　本文以目前国内距离最长，运量最大的煤矿用可伸缩带式输送机为研究对象，通过分析胶带的粘弹性力学特性，采用Voigt模型建立了输送机的离散系统的动力学模型，利用AMESim动力学分析软件对其进行建模与仿真研究。论文以六千米长度可伸缩带式输送机为例，对其在空载和满载两种情况下的启动过程的动力学进行研究。主要分析了四个特殊点（头部驱动滚筒相遇点、中部滚筒相遇点、机尾滚筒相遇点、张紧滚筒分离点）处的胶带速度、位移、加速度和胶带张力，另外对空载和满载启动过程中张紧绞车的张紧力、张紧速度和游动小车的位移进行了研究。确定了该输送机的最佳启动时间和启动速度曲线。
　　论文对长距离可伸缩带式输送机的停机过程进行了研究。研究分空载和满载两种条件下可伸缩带式输送机的可控停机、自由停机和断电停机。分别研究了在不同的停机情况下各分析点胶带的速度、位移、减速度和张力变化过程，同时还研究了张紧绞车的张力、速度和游动小车的位移变化过程。确定了最佳停机时间和速度，以及在不同停机方式下张力如何调节，为设计变频调速张紧装置停机松绳速度和缓冲装置的研制提供了理论依据。
　　论文研究可伸缩带式输送机在不停机自移机尾前移时，输送机胶带位移、速度和张力变化特点，头中驱驱动力的变化特点，张紧绞车的张紧力、张紧速度的变化特点。对研究的可伸缩带式输送机仿真结果进行了试验验证。
　　针对可伸缩带式输送机特殊工况条件下出现的问题进行分析研究。对物料变化和张紧力的关系进行研究。对引起凹侧形可伸缩带式输送机叠带、倒架等问题的原因进行探讨，并对其最小张力点沿胶带位置周期性变化规律进行研究，提出解决问题的方法和策略，并在现场进行了试验，解决了上述问题。对可伸缩带式输送机储带仓振荡原因进行了分析，探明了振荡与胶带张力和托辊间距之间的关系，并提出了解决振荡的方法。
　　在对长距离可伸缩带式输送机启动、停机、机尾前移等非稳态运行理论分析结论的指导下，制定了控制胶带张紧力的方法和策略，研制了一种新型的变频调速自动张紧装置和适用于断电停机的缓冲装置，并对其做了动态分析、工业性试验和现场试验，试验表明它可以满足超长距离、大运量可伸缩带式输送机在各种工况条件下对张力的要求。
　　本文综合利用了机械动力学理论、动力学仿真软件与现代测试技术手段，采用理论、仿真与试验相结合的方法研究了长距离可伸缩带式输送机的动行理论与张力控制技术，并成功研制一种新型变频调速自动张紧装置，解决了实际问题。

目录

声明

第一章 研究的目的和意义

1.1 选题研究意义

1.2 长距离可伸缩带式输送机的结构特点

1.3 长距离可伸缩带式输送机研究现状

1.4 长距离可伸缩带式输送机存在的问题

1.5主要研究内容和研究方案

第二章 长距离可伸缩带式输送机的动力学特性

2.1 引言

2.2长距离可伸缩带式输送机用输送带的力学特性

2.3长距离可伸缩带式输送机动力学特性

2.4 本章小结

第三章 长距离可伸缩带式输送机启动过程研究

3.1 参数确定及模型建立

3.2 启动过程输送带的运动分析

3.3 启动过程输送带张力分析

3.4 启动过程张紧力变化分析

3.5 本章小结

第四章 长距离可伸缩带式输送机停机过程研究

4.1 引言

4.2停机过程输送带的运动分析

4.3停机过程输送带受力分析

4.4 停机过程张紧力变化分析

4.5 本章小结

第五章 长距离可伸缩带式输送机机尾前移研究

5.1 引言

5.2 机尾前移过程输送带运动分析

5.3机尾前移过程输送带的受力分析

5.4机尾前移过程中张紧绞车的张力、速度分析

5.5 本章小结

第六章 长距离可伸缩带式输送机特殊工况张紧力研究

6.1 输送带物料质量变化引起的张紧力变化分析

6.2凹侧形引起的张紧力变化分析

6.3储带仓振荡力学分析

6.4 本章小结

第七章 变频调速自动张紧装置研制和张力控制策略研究

7.1 引言

7.2 变频自动张紧装置的结构与工作原理

7.3自动张紧装置力学模型

7.4自动张紧装置的动态特性分析研究

7.5张力控制与张紧速度关系研究

7.6变频调速自动张紧装置试验研究

7.7本章小结

第八章 结论及展望

8.1 主要结论

8.2 研究工作主要创新点

8.3 工作展望

参考文献

致谢

作者在攻读博士学位期间取得的研究成果目录

独创性说明