矿用带式输送机断带过程及断裂后运动分析_韩素华.pdf
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1、煤矿机械Coal Mine MachineryVol.44 No.5May.2023第44卷第5期2023年5月doi:10.13436/j.mkjx.2023050270引言带式输送机的输送带因为某种原因断裂后,断裂的输送带与带上承载的物料在重力与张力的共同作用下急速下滑和回弹,会造成设备严重损坏、巷道大面积堵塞、人员被困乃至伤亡。只有对断带进行及时可靠的抓捕,才能防止事故的扩大,达到最终的保护目的,这就要求对输送带的特性和断带后的运动进行分析研究。输送带由复合材料制成,通常由橡胶覆盖层和纵向承载芯相互黏合成一体,其纵向力学特性表现出了较强的黏弹性。合格的输送带正常工作时可以承受一定的张力。
2、当承受的张力超过设计上限值,或者输送带老化、损伤则极易发生输送带断裂事故。在输送带发生断带事故时,其结构及生产材料决定了输送带的下滑并不是一个简单的重力释放过程,而是伴随着输送带急速的回弹过程。急速回弹过程在输送带断口处表现非常明显。要设计出合理有效的带式输送机断带抓捕系统,就必须对输送带断裂后的运动状态进行认真研究,研究输送带的动力学黏弹特性,分析输送带断裂后的运动状态,为带式输送机断带抓捕系统的设计提供理论依据。1输送带黏弹性模型的建立根据现代黏弹性力学基本理论,行业内的相关研究主要都是通过分子理论法和连续介质力学法来研究黏弹性材料的力学特性。分子理论法是从黏弹性材料的分子结构出发推导出材
3、料整体的黏弹性;连续介质力学法从宏观模型的角度采用数学分析的方法描述材料的黏弹性行为,而不考虑材料的分子结构。本文研究的输送带并非单一材料,而是一种复合材料,从分子的角度进行研究完全不符合现实,所以本文选择连续介质力学法对输送带的黏弹性进行研究分析,主要研究内容为输送带的有限单元体在一定方向的外力作用下,单元体的力、时间和位移之间的相互关系。矿用带式输送机断带过程及断裂后运动分析韩素华(徐州开放大学 新能源与机电工程学院,江苏 徐州221000)摘要:针对频发的矿用带式输送机断带事故,对输送带的黏弹性模型、断带位置、输送带断裂后的运动进行了介绍和分析。结果表明,断带抓捕系统可提供的制动力取决于
4、带式输送机的安装倾角、输送机运行方向、输送带的强度、抓捕系统的工作方式等方面;沿输送机线路布置抓捕系统时,输送带的最大张力区需要较为密集地布置,布置在带式输送机尾部的抓捕系统间距可以较大。分析结果为带式输送机断带抓捕系统的设计、安装提供了一些设计思路和理论依据。关键词:带式输送机;输送带;断带;运动分析中图分类号:TD528.1文献标志码:A文章编号:1003 0794(2023)05 0086 04Analysis of Belt Breaking Process and Movement after Fracture ofMining Belt ConveyorHan Suhua(Scho
5、ol of New Energy and Mechatronics Engineering,Xuzhou Open University,Xuzhou 221000,China)Abstract:In view of the frequent belt breaking accidents of mining belt conveyor,the viscoelasticmodel of belt,the position of belt breaking and the movement after belt breaking were introduced andanalyzed.The r
6、esults show that the braking force provided by the broken belt capture system dependson the following aspects:the installation inclination of the belt conveyor,the running direction of theconveyor,the strength of the conveyor belt,the working mode of the capture system,etc;Whenarranging the capture
7、system along the belt conveyor line,the maximum tension area of the conveyorbelt needs a more dense layout,and the spacing of the capture system at the tail of the conveyor can belarge.These analysis results provide a certain design idea and theoretical basis for the design andcalculation of the bro
8、ken belt capture system of belt conveyor.Key words:belt conveyor;conveyor belt;broken belt;movement analysis86(1)基本黏弹性力学元件物质的线性黏弹性是由服从胡克定律的理想固体弹性和服从牛顿流动定律的理想流体黏性组合而成的一类黏弹性,可以通过一些离散的力学模型来描述和表示。这些力学模型由弹簧(一种弹性元件)和阻尼器(一种黏性元件)以不同的组合方式叠加而成,以此来完成对物质黏弹性的表示,如图1所示。(a)弹簧(b)阻尼器图1基本力学元件弹簧,也就是弹性元件,服从胡克定律,即=E(1)阻尼
9、器,也就是理想黏性元件,服从牛顿黏性定律,即=(2)式中物质的应力值;E物质的弹性模量;物质的应变值;物质的动力黏度。输送带是一种典型的具有黏弹性的物质,这2个基本元件描述物质的弹性,任何某个元件都无法单独的用于输送带的黏弹特性研究。因为输送带的形变与输送带所受到的外力大小、外力作用时间、环境温度变化,特别是外力的加载过程均有一定的关系。只有把2种元件按照一定的组合关系结合起来,才能真正描述不同物质的黏弹特性,所以必须把2种基本元件的模型组合起来,才能用于研究输送带的黏弹性。(2)常见的黏弹性模型输送带的动力特性明显具有黏弹性物质的特征,国内外相关科研人员做过一些针对性的研究,并提出了不少相关
10、的动力学模型。带式输送机的输送带是一种由橡胶覆盖层和纵向承载芯相互黏合成一体的复合性材料,因此输送带受到拉力作用后表现出一种相对复杂的力学特性。当前国内针对输送带动态分析最常用的两元件模型是Kelvin模型,美国的洛克威尔实验室等机构已经通过大量的实验获得了带式输送机的输送带的广义Maxwell模型参数,也为国内的相关研究提供了一定的模型参考。黏弹性力学的两元件模型如图2所示。(a)Maxwell模型(b)Kelvin模型图2黏弹性力学的两元件模型Kelvin模型是由1个黏性元件和1个弹性元件以并联关系组成,其结构关系=E+ddt(3)Maxwell模型是由1个黏性元件和1个弹性元件以串联关系
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