刮板输送机静、动态分析及应用程序开发

辽宁工程技术大学硕士学位论文刮板输送机静、动态分析及应用程序开发姓名：赵金元申请学位级别：硕士专业：机械设计及理论指导教师：毛君;孙国敏2001.12.20摘要一＼随着刮板输送机向火功率、长距离方向的发展，非稳定运行，Ｉｉ况卜的动力特性的影响已彳ｉ容忽视。

需要采用动态设计方法，得出整个刮板输送机各部分（旺¨备点）的速度、加速度及位移，分析出刮板输呜机在静态设讨ｆｌｆ，不合理的地方，使刮扳输送机运行更加经济合理’ｊ本文首先从刮板输送机的总体方案设计，然后进行动态分析。

包括对刮板输送机的各部分建立动力模型，再建立整个刮扳输送机系统的动力模型，列出状态方程，并朋ＶＩｓｕａｌＢａｓｉｃ６．０语言编写程序，解出方程。

并配以二维、三维图形显示，使结果直观，便丁分析。

关键ｊ司：刮板输送机静态设计动态设计仃限元法ＡｂｓｔｒａｃｔＷｉｔｈｆｌｉｇｈｔｂａｒｃｏｎｖｅｙ７０ｒｂｅｉｎｇｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｏｗａｒｄｓｌｏｎｇｄｉｓｔａｎｃｅｏｆｄｙｎａｍｉｃｌａｒｇｅｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｌａｒｇｅｄｒｉｖｉｎｇｐｏｗｅｒ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｔａｔｅ．Ｓｏｗｅｍｕｓｔｔａｋｅｔｈｅｐｒｏｐｍ’ｔｙｃａｎ’ｔｉｇｎｏｒｅｄｉｎ１１０一ｓｔｅａｄｙ，ｒｕｎｎｉｎｇｄｙｎａｍｉｃｄｅｓｉｇｎ，ｇｅｔｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｏｆａｌｌｆｌｉｇｈｔｂａｒｃｏｎｖｅｙｏｒｅｖｅｒｙｐｍａ．Ｗｅａｎａｌｙｚｅｄｎｏｒｅａｓｏｎａｂｌｅｍｅｔｈｏｄｏｆｉｔｉｎｓｔａｔｉｃｄｅｓｉｇｎ，ｍａｋｉｎｇｉｔｔｏｒｕｎｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｅｃｏｎｏｍｉｃａｌｒｅａｓｏｎａｂｌｅ，Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｍａｉｎｌｙｓｔａｒｔｓｆｒｏｍｓｃｈｅｌｎｅｄｅｓｉｇｎｏｆｆｌｉｇｈｔｂａｒｃｏｎｖｅｙｏｒ．ａｎｄｔｈｅｎｐｕｔｕｐｄｙｎａｍｉｃｄｅｓｉｇｎ．Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｂｕｉｌｄｉｎｇｄｙｎａｍｉｃａｌｍｏｄｅｌｆｏｒｅｖｅｒｙｐａｒｔｏｆｆｌｉｇｈｔｂａｒｃｏｎｖｅｙｏｒ，ｂｕｉｌｄｉｎｇｄｙｎａｍｉｃａｌｍｏｄｅｌｆｏｒｅｎｔｉｒｅｎｅｓｓｏｆｉｔａｇａｉｎ，ｉｎｔｈｅｅｎｄｇｅｔｔｉｎｇｓｔａｔｕｓｅｑｕａｔｉｏｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｒｏｇｒａｍｗｉｔｈＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ６．０ｌａｎｇｕａｇｅ，ｓｏｌｕｔｅｅｑｕａｔｉｏｎ，ａｎｄｉｓｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄｗｉｔｈｔｗｏ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓａｎｄｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓｇｒａｐｈｉｃｓｔｏｍａｋｅｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｅｘｐｌｉｃｉｔａｎｄｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｔｏａｎａｌｙｓｅｈＫｅｙｗａｒｄｓ：ＦｌｉｇｈｔＢａｒＣｏｎｖｅｙｏｒ，ＳｔａｔｉｃＤｅｓｉｇｎ，ＤｙｎａｍｉｃＤｅｓｉｇｎ，ＡｕｔｏｍａｔｉｃＭｏｄｅｌｉｎｇ，ＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄ１引苦１１刮板输送机的整体构造及传动原理刮板输送机是以刮板链为牵引构件和溜搪为支承机构的连续运输机械其绢成邯分及］：作原理如下：幽１—１订］弯曲刮板输送＃Ｌ外形Ｉ—ｆＩｚｒ力耵ｌ：２一液力联轴器：３一ｉ城速：｝｛｝：４－－链轮：５一帆火地：６一溜僧：７一刮板；１．１Ｉ机头部由机头架、传动装置和链轮组件等部件组成机头架的作用除卸载外，还对传动装置、链轮组件、盲轴和其它附属件等起着支承和装配的作用。

传动装置包括电动机、减速器和液力联轴器，电动机均采用三相异步防爆电动机，减速器已大量采用大功率行星减速器、当前多数刮板输送机采用液力偶合器作为联轴器。

现在双速电机的应用也越来越广，与之配套的是弹性联轴器。

链轮组件多由牵引链轮和宜轴组成。

１．１．２对于无传动装置的机尾部只有机尾架和机尾导向链轮对于有传动装置的机尾部，则包括有机尾架、传动装置和链轮组件，除机尾架在结构上与机头架有所不同外，其它部分与机头部基本相同且可互换使用。

坚尘ｌ型丝查叁！：婴！：堡茎一皇ｌ生里—些』三—！！一１．１３ｔｐＪ、ＨＪ音ｆｊ主要由溜槽和刮板链组成，当日口刮板输送机的溜槽包括中部糟、过渡槽、ｊ１：口稽。

刮扳链山刮板、圆环链和联接环等组成，其结构形式可分为单链、双边链和双巾链几种形式。

】２ｉ０板输送机的优缺，ｒ皇１．！．１刮钣输送机的优点刮板输送机之所以能社：Ⅲ民经济７｛．产【｛Ｊ得到Ｊ“泛的应用，是因为它存亍１：脊’ｊ其它设备无法｝｜ｊ比的优点。

１）适应性好。

对环境的要求／１：高。

在煤矿』｛：Ｆ及其它工作条仲恶劣ｔ运输负荷变化较大的场所把物料运输到运输条仆好的场所。

２）协作性好。

为适应综台采煤机械化的需要，在机身ｊ：设有供采煤机牵引和导向的装置、与支架的连接装置和挡煤板、电缆槽及铲煤板等，日ｆｊＵ删板输送机发展到了随着工作面的推进不需拆卸的整体推移，向着大功牢、｝断强度和短丽低的机头及＃Ｌ垲疗向发腱。

３）可弯曲性好。

为适应‘１：作地点和作业条件的要求，能在一定的范嘲内做水平及垂直方向的弯ｎ¨。

４）机身的强度和刚度高．能经得住碰撞平¨冲ｔ｛ｉ。

５）州摩性好。

采刖新研制的碳化删药』支时脯堆焊焊条，住矿』｝ｊ刑扳输送机的中部槽－ｐ板表面堆焊。

一层耐磨合金层，使ｔ扣板的强度得到加强，ｔ｛）部梢的使Ｈ｛寿命大幅度提高，使Ｈ｛寿命提高３倍以上。

同时并刁ｉ增加输送机的拖动阻力以及刮板与链条的磨损。

６）功率大。

随着重型刮板输送机的发展、装机功率越来越大．大的刮扳输送机．ｅ２，功率达２×７００＝１４００ｋｗ。

１２．２刮板输送机的缺点１）空载阻力大。

刮板链质量大，刮板与中板摩擦向前推进，物料也通过刮板的阻挡和中板摩擦向前推进，使得电机的３０％多的功率浪费在空载运行上。

因此如何降低空载功率，提高运煤有效功率是刮板输送机的又一大课题。

２）启动难。

这个问题是刮板输送机～直不好解决的问题。

刮板输送机在输送物料的过程中需要较高的启动力矩，启动过载系数通常为２．５～３．０，坚尘ｌ壁！！堡叁：！！：：竺！：堡壅笙二｝＿墨』苎主王Ｌ川此满载启动难的问题不能很好地解决。

刮板输送机的主要特点是频繁启动和过载启动，日．负载在宅载、满载、超载甚至严重超载之间不断变化Ｈ持续时Ｉｈｊ无规律，这样在静态设计中，链子的安全系数确定很高，电机的助率选取ｃｉ三大，使得资源在不得已的情况下造成浪费。

３）动负荷人。

刮板输送机具有较大的动负荷，动负荷产生的原刚仃ｆ１身结构干¨工作环境的原故。

１．３剐扳输送机圆环链传动的研究‘ｊ应用特点刮扳输送机上的标准网土１、链白ｆＬ■ｊ二代初期ｊ］：始采用以来，术见有很人的修改，虽然对链环的热处ｆｑ！’［艺不断有小的改进，但对圆环链作为鹎个系统的部分研究，尤其足对圆环链传动中的动载问题的研究，以及…冲；｛；动载引起的一系列问题尚需做很多的：ｒ＝作。

刮板输送机是采煤。

ｒ＋作昕嫩主要的运输设备，ｌ：作面运输是采煤生产中的‘个重要环节，：ｌ：作嘶输送机能否ＪＦ常运转直接影响：ｒ作面的生产能力。

因此，改善工作伯１运输条件，对提高产量、加速煤炭卜Ｉｋ的发展具有极为重要的意义。

虽然『日外行先进剐板输送机厂为了竞争市场，不断地丌发新技术，研制新机型，他们虽在重大技术上尚无突破，但侄结构、电控、捡测、以及可靠性方而有了人幅度的进展。

但在幽内外，把刮扳输送机的ｆｇ动系统作为…个整体去研坚‘！：ｉ．堡丝查叁竺堕！：丝兰．一———皇Ｌ兰＿至Ｌ苎ｊ里』生—一侧州：链需求量逐年增加。

【＝！！ｊ此，研究圆环链传动对７卜产实践具有重要的意义。

１４大Ｊ牲刮随荷丌能力、铡设求厂扳输送机带来的问题采技术的发展，工作面产量的不断增加，要求刮板输送机运输ｉ＜＝度４：断增』Ｊ｜ｌ。

这样虽人幅度地提商了ｔＬ产力，但同Ｈ，Ｊ‘它也带刮扳输送机在生产中时常发生断链和烧毁电机的事故。

目ｉｉ旧内剐扳输送机采用限矩型水介质液力偶合器近似地作为～种软起动装霄在：』“泛地键用。

但ｆ自ｒ偶合器自身的缺陷，叔速电机在刮扳输送机ｌ二破迅速推，。

使用。

多机驱动系统双速电动机之Ｍ存侄严重的负载不均衡足｝Ｕ动机出现故障的主要因素。

安全保护和减小电动机本身尺寸又成为一个问题。

在起ｚ巩、制动过程ｒ｝Ｊ’由于刮板与中皈、煤与中板、煤与煤之间存存摩擦。

器娜分ＪＪ【１速度的人小以及速度的火小时刑扳链应力波传播的影响，会导数＿Ｌ，｛＝多问题。

从经济方而考虑，刮板输送机系统投资人．进行经济合理的设计，刈１Ｉ肯一Ｉ二程投资、降低运营赞』１ｊ极为重要。

合理的们胃刮板问距，不仪能提。

：Ｉ输送能／Ｊ、降低刮板的数量、减少设备投资、减轻刈剐板输送机的运行ｍ力，ｆ，圳寸还能削弱输送机的≥∈振问题。

ｌ５选题的意义及需要解决的问题刮板输送机在国民经济中得到广泛ｆ｝々应用，并逐步向着大功率、大运艟、长距离的方向发展。

目前所采用的设计舰范和手册都是七八十年代制定的，有很多没计方法和参数已不符合现行条Ｐ｝：。

加之我国对刮板输送机动态没计方面没有实验研究，导致刮扳输送机结构设计不尽合理，安全系数偏高，运行很不经济。

对刮板输送机的动态特性的理论研究，有助于降低刮板链的动张力，相对地提高链子的安全系数，使刮板输送机向着更长的方向发展。

这样能使采煤工作面加长，出煤成本降低，最大限度地利用电动机能力，降低电流对电网的冲击，使效率增加，这对于开拓市场具有重大意义。

２００１年夏天一条３００米长的工作面在兖州煤矿集团的兴隆庄矿运行，这个工作面的刮板输送机是现今中国最长的刮板输送机。

驱动系统安装的５６２ＤＴＰＫＷＬ２型福伊特调速型液力偶合器。

而我国生产的刮板输送机朋同样的驱动功率，设汁铺设Ｋ度只有２５０米。

原因就在于系统的分析个够，驱动方式的选取小合理。

舀：分析山整个系统的固有频率及各点在不同激励Ｆ的响应后，用计算机技术来模拟刮板输送机在启动、制动等工；兄Ｆ，剐钣链内部表现出的位移、速度、加速度等物理跫，进而判断输送机的Ｉ：作状态，这个过程称为计算机仿真。

仿真的蜒本过程就足：建‘、Ｚ系统ｎ０动力学模型、数学模型，选择数值解的方法、求解系统的动力方程，强小（数宇、动画等）系统内部的动态参数。

最终确定出系统需要的合理启：力和制功特性曲线，这样就能在合理的部位分配合理的助二窖驱动和选取合Ｉｑ！｝１勺软起动方式，为使系统能够平稳工作提供理论依据。

剥‘完善刮板输送机的优化设计理论有着深远的意义，也使得剐板输送机能更加经济合理的使Ｊ１Ｊ。

这也充分｜兑明对刮扳输送机动态特性的研究具有Ｉ归显的经济效益、社会效益和学术价值。

１．６本论文的思路首先、从刮板输送机的总体方案设计丌始，对固内外刮板输送机的方案设计计算进行比较。

第：、分析刮板输送机ｉｌ』扳链的特。

盹以及煤在溜惜中的运行特性，建、Ｚ＾０板链的力学模型。

第三、分析输送机非稳定运行带来的影响，建立刮板链运动微分方程。