李思睿 李光布 0 引言三电机共同驱动大型带式输送机是一种常见的驱动方式[1-3]，它可以减小单台电机的功率和尺寸，限制起动电流。三电机起动通常是按顺序进行的，技术规范规定电机起动间隔一般是3 s。Otrebski M[4] 对多电机起动顺序对不同长度输送机起动性能的影响进行了研究，分析了头尾驱动的输送机，认为电机起动间隔对胶带最大张力的影响没有规律性，要针对不同情况选择不同的时间间隔。指出电机起动间隔选择不合适有可能使输送机运行不可靠或不安全。Harrision A 对三电机驱动的输送机也进行了研究[5]，但仅用一个电机起动间隔来分析输送机特性，结果不够全面和深入，因此对三电机起动间隔问题进行进一步研究十分必要。AMESim 是世界著名的工程系统高级建模与仿真平台，它提供了一个系统级工程设计的完整平台，使用户可以在单一的平台上建立复杂的一维多学科领域的机电液一体化系统模型，并在此基础上进行仿真计算和深入的分析。AMESim 能让工程师迅速达到建模、仿真、分析和优化工程设计的目的，从而帮助用户降低开发成本和缩短开发周期。本文借助AMESim 对三电机驱动的带式输送机进行建模，从带张力、带速及带张力比等方面研究三电机起动间隔对输送机动态特性的影响。1 电机驱动装置模型建立图1 所示为单电机驱动模型，1 表示电机输出力矩，2 表示电机轴的角速度，3 表示电机的特性曲线，可以是已知的曲线，横坐标表示电机角速度，纵坐标表示电机力矩，也可以是ASC Ⅱ数据。图2 所示为双电机驱动模型，1 表示乘法器，可以对两组数据进行乘法运算，2 表示分段线性信号源，它可以输出一条折线，用这个功能键可以控制第二台电机延迟起动，3 表示一套齿轮机构，它可以让两个输入力矩相加后输出。图1 单电机驱动一个滚筒模型图2 双电机驱动一个滚筒模型2 三电机驱动下带式输送机模型建立使用AMESim 进行建模仿真可分为构建方案的模型、选择模型复杂程度、设定模型参数和仿真计算分析4 个步骤。图3 所示为三电机双滚筒驱动的带式输送机模型，其中头部滚筒由双电机驱动，后边的滚筒由单电机驱动。根据有限单元法，胶带被分割为若干单元块，每个单元由一个弹簧、阻尼器和质量块组成。系统采用头部重锤拉紧装置，重锤拉紧装置由质量块组成，它在上下运动时考虑了双向的摩擦阻力。这样作用在第i 个弹簧和阻尼器上的合力为而作用在第i 个质量块上的合力为式中：Ki、Ci 为弹簧刚度系数和阻尼器阻尼系数，、为弹簧和阻尼器两端的位移和速度，i i1 M、x 为质量块的质量及其加速度，αi 为质量块的倾斜角，F f 为质量块运动阻力。式中：f 1 为库伦摩擦力，f 2 为静态摩擦力，v 0 为质量块速度初始值。图3 三电机双滚筒驱动带式输送机AMESim 模型3 实例仿真分析带式输送机长7 600 m，头尾高差为–175 m，平均倾角–1.3，胶带型号为ST-2000，带宽1 400 mm，胶带刚度1 300 kN/cm，物料单位长度质量为54 kg/m，输送机运行速度为4 m/s，满载物料运输量为2 500 t/h，上托辊间距1.2 m，下托辊间距3 m，托辊直径159 mm。三台电动机加液力偶合器布置在头部，其中两台电动机驱动一个滚筒，另一台电动机驱动一个滚筒，总功率为800×3 kW，减速器速比19.25，驱动滚筒直径1 m，采用重锤拉紧形式，布置在第二个驱动滚筒后面，重锤质量42 800 kg。3.1 对胶带速度的影响 图4 是起动过程中胶带速度变化情况，该点胶带靠近驱动滚筒处，以下除特别说明外，分析的胶带位置都是该点。三个电动机同时起动的情况如图中曲线1，开始时胶带速度为0，经过约67.9 s 后，达到最大值4 m/s，期间经过4 个波峰。三个电动机起动间隔为3 s 的情况如图中曲线2，经过约83.8 s 后，胶带速度由0 增加到4 m/s。三个电动机起动间隔为5 s 情况如图中曲线3，经过91.7 s 后，胶带速度由0 增加到4 m/s。由此可见，三种起动方式下以起动间隔为5 s 的方式最好，它使输送机起动时间尽量延长，从而使胶带所受冲击尽量小。图4 胶带速度变化情况3.2 对胶带加速度的影响图5 是起动过程中胶带加速度变化情况。三个电动机同时起动的情况如图中曲线1，由于起动过猛造成胶带加速度变化剧烈，其最大值为0.73 m/s2，大大超过0.3 m/s2 的设计规定值。三个电动机起动间隔为3 s 的情况如图中曲线2，胶带加速度变化最大值0.4 m/s2 左右，也超过0.3m/s2 的设计规定值。三个电动机起动间隔为5 s 的情况如图中曲线3，胶带加速度变化最大值为0.25 m/s2 左右，小于0.3 m/s2 的设计规定值。故不能采用三个电动机同时起动方案，最好采用间隔为5 s 的起动方案。3.3 对胶带最大张力的影响图6 是起动过程中胶带张力变化情况。三个电动机同时起动的情况如图中曲线1，由于起动力矩较大造成胶带张力很快就由初始值210 kN 达到最大值818 kN，此时，胶带的安全系数为3.42。三个电动机起动间隔为3 s 的情况如图中曲线2，胶带最大张力值是799 kN，只不过到达最大值的时刻延迟时间超过了40 s。三个电动机起动间隔为5 s 情况如图中曲线3，胶带最大张力值要略小于796 kN，而且到达最大值的时刻也延迟了约50 s。由此可见，不同起动方式对胶带最大张力的影响不大，胶带最大张力主要取决于驱动装置输出力的大小。图5 胶带加速度变化情况3.4 对胶带张力比的影响胶带张力比是指驱动滚筒上胶带最大张力与最小张力的比，对于三电机双滚筒驱动来说是指双滚筒上胶带最大张力与最小张力的比。该值通常是衡量胶带在驱动滚筒上是否打滑的重要指标。如图7 中曲线1、2、3，胶带张力比的最大值在三种起动方式下基本上一致，都在4.1 ～ 4.18 之间。考虑双滚筒上胶带的围包角都是180，并取胶带与驱动滚筒之间的摩擦因数为0.3，则e μα =6.6，该值大于胶带张力比4.1 ～ 4.18，所以，胶带在输送机起动情况下不会出现在驱动滚筒上打滑的现象。3.5 对张紧重锤的影响图8 是张紧重锤加速度变化情况。三个电动机同时起动的情况如图中曲线1，由于起动过猛造成张紧重锤加速度变化剧烈，最大值为0.94 m/s2。三个电动机起动间隔为3 s 和5 s 的情况如图中曲线2、3，张紧重锤加速度最大值均约0.34 m/s2，振动剧烈程度要小于第一种情况。由于张紧重锤加速度在输送机起动过程中与重力加速度相比较小，所以重锤能给输送机提供足够的张紧力。图6 胶带张力变化情况图7 胶带张力比变化情况图8 张紧重锤加速度变化情况4 结束语本文基于AMESim 软件建立了三电机双滚筒驱动装置及带式输送机有限单元模型，通过对一条大型输送机的仿真计算，研究了三电机在同时起动、3 s 间隔起动和5 s 间隔起动情况下带式输送机起动特性，得出以下结论：电动机起动间隔时间越长对减小胶带和重锤加速度、降低胶带张力冲击、优化速度曲线越有利，但起动间隔长短对胶带最大张力、张力比的影响不是很大。尽管本文所选的驱动力比较大，使起动中的胶带最大张力较大，但输送机仍能按设计规范要求在5 s 间隔起动情况下可靠运行。举报/反馈发表评论发表作者最新文章高定位精度的第三代核环行起重机运行系统 刚柔耦合动力学仿真01-2014:40液压挖掘机转台有限元分析与疲劳强度评估01-2014:33SPMT 液压平板车车板变形有限元计算与仿真模拟01-2014:31相关文章无纺布机全自动收卷张力控制器恒张力收卷控制器力矩电机专用变频器最美基层民警肖振宇：为寻亲工作插上科技的翅膀，用爱照亮回家的路「盘州市」旧营乡红米飘香景如画北京朝阳站周边配套道路建设完工 将与北京朝阳站同步开通
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