带式输送机变频调速自动张紧装置的动态特性分析

摘要

我国煤炭企业年产千万吨级矿井数量在“十二五”期间将会增加二十余座。带式输送机作为现代化大型矿井的主要提升设备，对其性能要求也越来越高。张紧装置是保证带式输送机正常运行的必要部件，尤其对于长距离、大运量、高带速的大型带式输送机来说，其动态特性直接影响着带式输送机安全可靠的运行。因此，对于张紧装置的动态特性研究具有非常重要意义。
　　 本文总结了张紧装置发展历史，国内外研究进展情况，以及带式输送机对张紧装置的性能要求。根据新一代ZJ-120/45D自动变频张紧装置的组成结构及工作原理，建立了其机械系统、液压缓冲装置的数学模型，并得出了自动变频张紧装置的控制方块图。通过分析输送带的粘弹性力学特性，建立了带式输送机离散系统的动力学模型。
　　 以某大型煤矿6.0公里带式输送机为模型，利用AMEsim动力学仿真软件建立了带式输送机和自动变频张紧装置的动力学仿真模型，通过对建立的动力学模型仿真，得出了带式输送机满载启动工况下，自动变频张紧装置速度、张紧力、位移二维曲线图，以及承载段输送带的三维速度、位移、张力曲线图，通过对仿真结果分析，可以得出：满载启动工况下，带式输送机启动55s后，机尾才开始启动，机尾的速度曲线斜率明显大于机头速度斜率，瞬时冲击较大，容易产生振荡。机头输送带的张力大约是机尾的4.87倍，机头机尾的位移差大约是13m左右。在启动过程中，张紧装置的张紧力最大值为28.5kN，平稳运行时张紧力为28.0kN。
　　 以自动变频张紧装置为研究对象，分析了输送带弹性模量、启动方式对自动变频张紧装置动态特性的影响，得出：在启动时间前1/5内，张紧装置的动态特性不受输送带弹性模量的影响，后4/5时间内，输送带弹性模量每提高1/3，张紧装置的移动速度大约减小0.01m/s，、张紧小车启动过程移动的位移就缩短大约1/4。选择正弦加速度启动方式可以减小输送带和自动变频张紧装置的启动过程中振动。最后将自动变频张紧装置及重锤张紧装置进行了对比研究，得出：在煤矿井下使用自动变频张紧装置，需要较小的张紧行程，与重锤张紧装置相比行程大约缩小2.7倍。