尤阳阳，王晓华
(1.陕西能源职业技术学院，陕西 咸阳 712000；
2.咸阳师范学院，陕西 咸阳 712000)
将自动传送装置应用在煤矿运输过程中，可以提高运输精度、运输速度并实现轻量化运输，可以降低煤炭运输的成本，在露天煤炭运输中自动传送装置得到了广泛的应用[1-2]。由于煤炭生产的需要，自动传输装置和方式已经成为重要的研究内容。国内外学者对露天煤炭自动传送装置的研究成果较多，在精密传输、定位传送领域中随着自动传送装置研究的深入，自动传送装置代替了传统露天煤炭传送方式，因此对自动传送装置的动态性能进行分析具有重要意义[3]。
有国内学者建立了自动传送装置的传递函数和数学模型，在组合摆线加速、正弦加速和均匀启动方式下在AMEsim动力学仿真系统中获得自动传送装置的动力学特性曲线，以此完成自动传送装置的动态性能研究[4]。还有研究人员采用Asmas/View基于虚拟样机模型构建自动传送装置的有限元模型，在此基础上对其转动性能进行研究[5]。但是上述方法由于未能构建传送装置的动力学模型，导致动态性能研究结果的精度较低。
因此，本文在上述方法的基础上，提出露天煤矿自动传送装置动态性能研究方法。对露天煤矿自动传送装置的启动加以分析，研究弹性波在自动传送装置中的传播速度和动载荷，构建传送装置的动力学模型，实现动态特性实验分析。通过对本市郊区某露天煤矿开采区的自动传送装置进行动态性能研究实验，证明了本文提出的露天煤矿自动传送装置动态性能研究方法能够提高研究结果的精度，有助于煤矿运输工作效率的提升。
1.1 启动
露天煤矿自动装置的启动过程主要分为以下几个阶段：①启动初始阶段，由牵动整条露天煤矿自动传输带的时间决定。②驱动滚轮在运作过程中受到静阻力的影响。③从启动开始自动传送装置达到额定速度的阶段。
1.2 弹性波在自动传送装置中的传播速度
(1)
式中，R′为折算弹性模量；
σi为在研究区段内煤矿自动传送装置的荷载线密度。
1.3 动荷载分析
传输速度不会对自动传送装置的阻转矩YL产生影响。自动传送装置在非稳定运动状态下受附加动张力和静张力的影响。分析启动过程中露天煤矿自动传送装置的动荷载时，做出以下假定条件：①露天煤矿自动传送装置属于均质体系；
②自动传送装置与驱动滚筒之间为摩擦接触；
③可用胡克定律描述自动传送装置的变形；
④滚筒上的自动传送装置不存在滑动；
⑤自动传送装置的张力和运行速度不会对阻力系数产生影响。
2.1 动力学模型
露天煤矿自动传送装置动态性能研究方法采用连续模型对自动传送装置的动态特性进行分析，构建露天煤矿自动传送装置的动力学模型[10-11]时，需要作出以下假设：①自动传送装置的纵向振动在启动时受横向振动的影响可忽略不计[12-13]；
②在纵向中自动传送装置的力学性能不存在差异；
③在长度方向中可用一维杆件描述自动传送装置；
④在自动传送装置中煤矿是均匀分布的；
⑤支承传送带的托辊不受带速和阻力系数的影响，属于均匀分布。
设置坐标系原点，为驱动滚筒和自动传送装置承载段的交点，距离原点O距离x处选取一段长度为dx的带单元进行受力分析[14-15]。设e(x,t)为单位长度的自动传送装置受到的阻力；
wh为等效质量；
I(X,t)为对应点自动传送装置的位移；
S为自动传送装置的横截面积；
ξ为任一点在自动传送装置横截面中对应的应力。构建自动传送装置的动力学方程[16-17]：
(2)
式中，E(x)=e(x,t)/wh。
2.2 边界条件
露天煤矿自动传送装置的边界条件如下：
(1)液压自动张紧方式[18-19]。液压油缸受到的压力在任何情况下都不发生变化，因此其张紧力为一个恒定值，液压油缸在自动传送装置中属于移动部分，因此构建力学模型时，不考虑活塞杆对自动传送装置产生的影响，此时存在关系：
(3)
式中，C(t)为时刻重锤或油缸在自动传送装置中产生的行程；
I(x-,t)与I(x+,t)为拉紧滚筒在自动传送装置中产生的位移量。
在上式的基础上获得I(x+,t)-I(x-,t)=2C(t)。
(2)重力张紧方式。构建自动传送装置的力学模型时[20]，需要考虑重锤产生的惯性力，重力张紧方式下的边界条件如下：
(4)
式中，D(x-,t)为自动传送装置相遇点在拉紧滚筒上的张力；
D(x+,t)为自动传送装置分离点在拉紧滚筒上的张力；
q1为拉紧滚筒组在自动传送装置中的质量；
q2为拉紧重锤在自动传送装置中的质量。
选择本市郊区某露天煤矿开采区的自动传送装置进行动态性能研究。作为实验对象的自动传送装置如图1所示。
图1 露天煤矿自动传送装置Fig.1 Automatic conveyor of open-pit coal mine
3.1 夹具工位在启动阶段的动态特性
启动瞬间力在露天煤矿自动传送装置运行过程中通常由主动轮传输到动轮一侧，受自动传送装置黏弹性的影响，内动张力在短时间内增大，因此夹具工位的加速度不为零。夹具工位01的运动情况见表1、表2。
表1 x方向的速度、加速度和位移Tab.1 Velocity,acceleration and displacement in x direction
表2 y方向的速度、加速度和位移Tab.2 Velocity,acceleration and displacement in the y direction
分析表1和表2中的数据可知，在起始阶段，x方向中夹具工位01的加速度不是一个固定值。在y方向中其速度为零，加速度在零附近存在微小波动。
210号带元存在于夹具工位01中，其运动情况见表3。
表3 210号带元的运动情况Tab.3 Movement of No.210 belt element
由表3可知，在z方向中210号带元的运动位移没有发生变化，但其加速度和速度发生了变化。
3.2 位置精度
自动传送装置的工位定位精度直接影响着露天煤矿生产的效益，夹具工位处于自动传送装置的不同位置中，精度受其黏弹性特征的影响，其中影响最严重的为带中段位置。03号夹具工位处于自动传送装置的带中段，以3个周期为例，对其进行研究。在3个周期内03号夹具工位在x方向中的运动特性满足正弦运动。
在过渡阶段，03号夹具工位受自动传送装置黏弹性的影响，其加速度和速度逐渐衰减见表4。
表4 x方向中03号夹具工位的位置变化情况Tab.4 Position change of No.03 fixture station in the x direction
在y方向中03号夹具工位的运动情况见表5。
表5 y方向中03号夹具工位的运动情况Tab.5 Movement of No.03 fixture station in the y direction
分析表5中的数据可知，在停歇期与分度期中速度变化幅度较小，03号夹具工位的加速度与速度和位移相比发生振动的频率相对较大。
255号带元在04号夹具工位中的张紧力变化情况见表6。
表6 255号带元张紧力变化情况Tab.6 Tension force change of No.255 belt element
分析表6可知，在停歇初始阶段中255号带元的张紧力存在振荡，逐渐减小，但经过短时间内保持稳定，在3个周期内04号夹具工位与带轮之间不存在接触现象，因此其接触力为零。
在国民经济中煤矿产业的地位较高，煤炭挖掘工作逐渐向高精密化和高速化方向发展，自动传送装置被广泛的应用在露天煤矿的挖掘中，自动传送装置受激励作用的影响较大，容易出现噪音现象和振动现象，降低了自动传送装置的平稳性。为了提高露天煤矿运输的平稳性、可靠性，需要对自动传送装置的动态性能进行研究，所提方法在动力学模型的基础上分析了夹具工位的动态特性以及自动传送装置的位置精度，以此为依据可提高自动传送装置的整体性能。
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