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矿用带式输送机可伸缩机尾力学特性仿真分析研究_何莎.pdf

上传人:哎呦****中 文档编号:2276082 上传时间:2023-05-05 格式:PDF 页数:5 大小:2.62MB
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资源描述

1、第42卷第02期2023年02月煤炭技术Coal TechnologyVol.42 No.02Feb.2023doi:10.13301/ki.ct.2023.02.0500前言综掘装备是煤矿开采的主要设备之一,为采煤工作面能够顺利作业提供重要保障。综掘工作面作业线主要由掘进机作为第一运输机,桥式带式转载机为第二运输机并搭接带式输送机完成煤料输送工作。但有关带式输送机运行过程还有如下方面问题:第一,带式输送机在研发过程中通常以增加安全系数的方式保证安全性和可靠性,同时存在运量需求与输送机能力不匹配的情况。第二,前移伸缩机尾的过程,需要带式输送机停机工作,由人工安装并检修。该过程需对带式输送机反复

2、调整,占用大量时间。本文结合所研究课题,对所涉及快速掘进系统的带式输送机可伸缩机尾进行了合理设计及改进,并对其进行了多工况静力学分析,满足多工况使用要求。1可伸缩机尾总体方案研究延长掘进机单次的掘进长度,减少补接带式输送机的次数,可在一定程度上提高掘进效率,减小由于输送因素造成的“采掘失调”、“采掘接续”等困难问题。具体有2种解决上述问题的方法。(1)增加机尾段固定长度,增加单次掘进工作长度。但必须配备更长搭接长度的桥式转载机,增加了过多的初期成本,且增大搭接长度,会使带式输送机机尾段设计加长,这会造成井下安装不便,以及对掘进机组工作过程中带式输送机向前拉移造成一定困难。(2)在机尾段增加一种

3、可伸缩机身,使得一次掘进作业伸缩长度使用完成后,带式输送机机尾理论上还可以在不停机的情况下向前拉移一段距离。这矿用带式输送机可伸缩机尾力学特性仿真分析研究何莎1,李雁飞1,张云升2,谢苗2,李博2,李玉岐2(1.国能宝日希勒能源有限公司,内蒙古 呼伦贝尔021025;2.辽宁工程技术大学 机械工程学院,辽宁 阜新123000)摘要:针对有关带式输送机在综掘面使用过程中存在的问题,在现有带式输送机的基础上,设计一款可伸缩机尾,并通过输送带张力逐点计算方法、静力学分析方法分析在各种工况下的输送带张力及架体受力情况。结果表明在上坡过程中,输送带张力过大,机尾重力分力所能提供的摩擦不足以支撑输送带张力

4、,保证带式输送机的正常运行,需进一步对结构做改进设计。同时根据有限元分析方法对伸缩结构进行静力学分析,验证其结构满足强度要求。研究成果可作为研究基础为后续优化研究提供可靠支撑。关键词:带式输送机;伸缩机尾;输送带张力;静力学分析;有限元中图分类号:TD528文献标志码:A文章编号:1008 8725(2023)02 206 05Simulation Analysis of Mechanical Characteristics of Telescopic Tail ofMining Belt ConveyorHE Sha1,LI Yanfei1,ZHANG Yunsheng2,XIE Miao2

5、,LI Bo2,LI Yuqi2(1.GuonengBaorixile Energy Co.,Ltd.,Hulun Buir 021025,China;2.College of Mechanical Engineering,LiaoningUniversity of Engineering and Technology,Fuxin 123000,China)Abstract:In view of the problems existing in the use of belt conveyor in fully mechanized mining face,based on the exist

6、ing belt conveyor,a telescopic tail is designed,and the belt tension and frame stressunder various working conditions are analyzed by point-to-point calculation method of belt tension andstatic analysis method.The results show that in the uphill process,the belt tension is too large,and thefriction

7、provided by tail gravity component is not enough to support the tension belt,to ensure thenormal operation of belt conveyor,the structure needs to be further improved.At the same time,thestatic analysis of the telescopic structure is carried out according to the finite element analysis methodto veri

8、fy that the structure meets the strength requirements.The research results can be used as theresearch basis to provide reliable support for subsequent optimization research.Key words:belt conveyor;telescopic tail;belt tension;static analysis;finite element206样设计能够兼容原有的二运搭接方案,同时能够满足井下连续作业需求。综合考虑,本文采用

9、第2种方案,提出了一种可连续伸缩机尾,并对伸缩机尾进行分析研究。机尾可连续伸缩式带式输送机结构如图1所示。图1可连续伸缩式带式输送机结构示意图1.改向滚筒2.托辊架3.滑靴4.导轨5.伸缩结构6.行走轮可连续伸缩式带式输送机主要参数:输送能力/th-11 000带速/ms-13.15带宽/mm1 000储带长度/m100储带仓长/m33卸载滚筒直径/mm630驱动滚筒直径/mm830机尾滚筒直径/mm400伸缩托架伸缩量/m1.2伸缩托架单元尺寸/mm20405002可伸缩机尾工作原理2.1搭接方式转载机与带式输送机伸缩机尾之间通过小车连接,小车与转载机机头通过相应接口连接,车轮骑跨在上述的带

10、式输送机伸缩机尾段轨道上,使得转载机能在带式输送机伸缩机尾上,在掘进机的牵引下反复移动。关于可连续伸缩式带式输送机的搭接方式如图2所示。图2可连续伸缩式带式输送机搭接方式1.掘进机2.桥式转载机3.滑动小车4.可伸缩机尾2.2设备工作原理桥式转载机通过小车与机尾连接,横跨于机尾导轨上,此时为设备初始状态,如图3(a)所示。由带式输送机先检查开机、而后是桥式转载机,最后由掘进机司机驾驶掘进机作业。掘进机工作一般为向前移动掘进,有些情况下也需要后退,所以搭接需要预留出一部分供掘进后退的距离,当转载机下小车移动至机尾末端时,如图3(b)所示。通过掘进机或电动绞车靠钢丝绳将机尾向前迁移,如果输送系统配

11、备自移机尾,也可由自移机尾向前拉移,最终形态如图3(c)所示。(a)设备初始状态(b)小车前移状态(c)机尾拉移状态图3可连续伸缩式带式输送机工作原理图3可伸缩机尾多工况静力学特性分析3.1设备运行状态分析在实际情况中,掘进巷道在开采过程中,可能遇到岩石、透水等不同条件的影响,造成巷道开采为非水平。在上坡过程,由于输送带张力以及机尾段重力分力都是向下的,机身在该条件下能否稳定需要进行研究。巷道水平倾斜时,物料受重力作用物料中心向一侧偏移,伸缩结构受侧向载荷和扭矩作用,需对伸缩架体的侧向抗弯能力是否满足要求进行研究。设备多工况静力学特性分析如图4所示。图4设备多工况静力学特性分析Gw.伸缩机尾重

12、量Gz.桥式转载机重量Gd.伸缩单元总重量由图4可知,AB段为机尾向下倾斜路段,此时输送带张力与机尾中分量方向相反;BC段为机身水平方向倾斜路段,此时区段货载、输送带重量、托辊架重量会对伸缩机构施加侧向载荷,易造成伸缩机构变形量过大而失效;CD段为伸缩机尾向上倾斜路段,此时输送带张力与伸缩机尾中分量方向相同,该区段也是伸缩机尾容易被输送带张力拉回的位置;DE段为机身水平路段,此时输送带张力应由伸缩机尾与底板摩擦力提供。3.2可连续伸缩式带式输送机多工况输送能力研究第42卷第02期Vol.42 No.02矿用带式输送机可伸缩机尾力学特性仿真分析研究何莎,等1234561234GwGzAGwGzB

13、CDEGwGzGdxGdGzh207第42卷第02期矿用带式输送机可伸缩机尾力学特性仿真分析研究何莎,等Vol.42 No.02可连续伸缩式带式输送机的结构简图如图5所示。图5可连续伸缩式带式输送机结构简图1.伸缩机尾2.张紧机构3.张紧小车4.储带机构5.驱动滚筒带式输送机启动时,张紧小车拉紧输送带,待输送带达到启动张力值驱动滚筒工作。在输送带稳定运行时,由于巷道坡度、物料重量的不同,带式输送机各特征点受力也会发生变化。带式输送机上单位长度物料质量qs=Am,s3.6vs(1)式中vs带式输送机所需带速,m/s;Am,s带式输送机所需物料输送量,t/h。槽型托辊单位长度下转动部分质量qg=G

14、glg(2)式中Gg槽型托辊质量,kg;lg槽型托辊组间距,m。平托辊单位长度下转动部分质量qg=Gglg(3)式中Gg平托辊质量,kg;lg回程托辊组间距,m。由此得到带式输送机上下两侧输送带的阻力值表达式:重段托辊运行阻力Wzh=(qs+qd,s)Lsin+(qs+qd,s+qg)Lwcos gn(4)式中qd,s单位长度输送带质量,kg/m;gn重力加速度,gn=9.8 m/s2;w重段托辊运行阻力系数;机身水平倾斜角度,()。空段托辊运行阻力Wk=-qd,sLsin+(qd,s+qg)Lwcos gn(5)式中w空段托辊运行阻力系数。逐点张力计算简图如图6所示。图6逐点张力计算简图根据

15、逐点法计算原理以及式(4)和式(5),对图6中各体征点张力Si(i=16)进行如下表达S2=S1+W(12)S1(C-1)C5S1S3=S2+W(23)S2WkS4=S3+W(34)S3(C-1)S3S5=S4+W(45)S4WzhS6=S5+W(56)S5(C-1)S5S6-S1=(e-1)S1ns(6)式中W(ii+1)各特征点到下一特征点之间的阻力值,i=15;C阻力值折算系数;机头滚筒与输送带的阻力系数;围包弧,rad;ns摩擦力备用系数。由于输送带属于柔性体,托辊与输送带并无其他支撑。当输送带挠度过大,在高速运行状态下会与托辊撞击,长时间工作容易造成托辊损坏及输送带张力激增。基于垂度

16、原则可得重段最小张力Smin,zh=5(q+qd)lggncos(7)式中q单位长度输送带内物料的质量,kg/m;qd输送带每米质量,kg/m;机身向上倾斜角度,()。由图6可知,重段最小张力在点4位置,结合式(6)和式(7),计算得到各点张力值如图7、图8所示。(a)负角度各点张力变化(b)正角度各点张力变化图7空载条件下输送带张力由以上分析得到图示中的,静态分析下的输送带张力分布情况,可知输送带尾部改向滚筒围包弧的松边和紧边的张力情况,即特征点3、4的张力值。100500张力/kN角度/()特征点编号642-1810080604020-14-10-6-20张力/kN角度/()特征点编号642张力/kN14012010080604020100501506181410212345123456张力/kN208第42卷第02期Vol.42 No.02矿用带式输送机可伸缩机尾力学特性仿真分析研究何莎,等(a)负角度各点张力变化(b)正角度各点张力变化图8有载条件下输送带张力为保证不会出现打滑、缩回等问题,需满足:SCGZ2GW()cos-GWsin+(S3+S4)(8)式中SC钢和煤之间的摩

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