大型带式输送机ADAMS建模与性能研究_刘瑞骏.pdf

大型带式输送机 ADAMS 建模与性能研究刘瑞骏（霍州煤电集团鑫钜煤机装备制造有限责任公司，山西霍州031400）摘要：介绍一种适用于大型带式输送机的 ADAMS 模型仿真分析方法，此方法采用 SolidWorks 软件进行三维模型构建，再通过 ADAMS 软件生成刚柔耦合模型，并以此为基础对大型带式输送机进行模型仿真分析。将实际分析结果与理论分析结果进行匹配对比，初步检验方法有效性后，将方法应用于工程实践，确认模型仿真分析方法的应用价值。关键词：大型带式输送机；ADAMS；三维建模；性能；仿真分析中图分类号：TD634.1文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）06-0047-030引言现如今，国内外关于大型带式输送机的动力学分析主要采用静力学理论分析方法，但由于大型化、轻量化等多方面标准的共同制约，当前静力学理论分析方法已经难以满足大型带式输送机动力学分析相关要求。据此，本文将在大型带式输送机动力学分析中引入模型仿真分析方法，相较于传统静力学理论分析方法来说，模型仿真分析方法更为直观立体，并且分析过程中可有效考虑大型带式输送机动力学特征，更有利于保障分析结果的精准性1-5。因此，介绍一种适用于大型带式输送机的 ADAMS 模型仿真分析方法将具有一定的现实价值。1大型带式输送机 ADAMS 仿真模型构建首先，采用 SolidWorks 软件自下而上构建大型带式输送机三维实体模型。具体模型构建中会通过特征实体构建输送机关键部件，再对关键部件进行合理装配后形成大型带式输送机整体三维实体模型。其次，将三维实体模型导入 ADAMS 软件中，根据大型带式输送机各关键部件尺寸及位置配置对应属性，并且为方便后续仿真试验过程，研究中还会在模型仿真分析前对模型进行合理简化，具体简化内容包括不会对模型综合性能造成较大影响的小孔、倒角等细微结构。最后，构建大型带式输送机刚柔耦合模型。此过程中需要将模型导入 ANSYS 软件中，定义单元类型为 solid45 实体单元和 mass 质量单元，并划分 3D 网格，选择自由映射网格类型，构建主节点和从节点，执行输出文件到 ADAMS 软件中，将 ANSYS 软件中所构建的柔性体模型替换 ADAMS 软件中对应刚性体结构模型，实现刚柔耦合模型构建。2大型带式输送机 ADAMS 模型仿真分析大型带式输送机 ADAMS 模型（见图 1）仿真过程主要包括启动过程、自由停机过程、制动停机过程以及稳定运行过程等阶段。2.1启动过程根据大型带式输送机运行特点，模型仿真过程中分别将启动加速度、启动时间设置为 0.21 m/s2和15.36 s，初始状态设置为静止状态，具体仿真分析结果如图 2 和图 3 所示。由图 2 可以看出，在大型带式输送机启动过程中，随着时间的持续推移，输送带上的张力表现出先上升至峰值，然后略微下降，保持一段时间平稳运行，再快速下降，再保持平稳运行的特征。结合张力变化收稿日期：2022-05-17作者简介：刘瑞骏（1990），男，山西霍州人，毕业于中国矿业大学机械电子专业，学士，助理工程师，研究方向为液压支架和皮带机。总第 242 期2023 年第 6 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 242No.6，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.06.019图 1大型带式输送机仿真分析模型图 2启动过程大型带式输送机输送带张力变化图 3启动过程大型带式输送机输送带速度变化20 00018 00016 00014 00012 00010 00010152025303540455005时间/s张力/N3.53.02.52.01.51.00.50.010152025303540455005时间/s速度/（m s-1）试验研究机械管理开发第 38 卷过程可知，启动过程中大型带式输送机运行较不平稳，易出现安全风险。因此，在实际生产过程中，应采用针对性措施降低大型带式输送机张力幅值和运行振动频率，进而提高大型带式输送机运行稳定性和安全性。由上页图 3 可以看出，在大型带式输送机启动过程中，输送带速度表现出先提升，后略微下降，再快速上升，再略微下降，保持较平稳运行的特征。在此过程中，输送带于 15 s 时达到速度变化峰值，此时输送带的运行速度约为 3.4 m/s，之后略微下降至 3.15 m/s，并保持相对平稳状态。2.2自由停机过程根据大型带式输送机运行特点，模型仿真过程中分别将停机加速度、停机时间设置为 0.185 m/s2和17.03 s，初始状态设置为静止状态。由于自由停机过程的仿真分析流程与启动过程的仿真分析流程基本一致，以下将直接说明分析结果。在大型带式输送机自由停机过程中，输送带张力表现出持续波动变化的特点。此过程中，当传动滚筒动力源被关停以后，输送带与尾部改向滚筒一同进行惯性持续运转。由于摩擦力等因素的影响，输送带的运行速度持续下降，所受到的张力也在持续减小。当输送带转速达到一定程度时，受到输送带张力及摩擦力的影响，滚筒会出现小幅度回转情况，此时会产生一定的相反方向运动加速度，最终恢复到最初停止时状态。2.3制动停机过程根据大型带式输送机运行特点，模型仿真过程中分别将制动加速度、制动时间设置为 0.294 8 m/s2和10.69 s，初始状态设置为静止状态。在大型带式输送机制动停机过程中，输送带张力表现出先平稳，再持续下降，再不断上升，最后保持匀速下降的特点。其中分别于 25 s 和 30 s 时表现为张力最大值和最小值。深入分析后发现，输送带在输送机制动后，由于惯性和摩擦力等因素的共同影响，其会继续沿输送方向持续运转，并且在传动滚筒的影响下转速持续下降，其绕入端和绕出端分别表现出变松与变紧的特点。在达到张力最小值时，由于惯性振荡，滚筒会出现大幅度反转运行，其张力又会出现略微上涨，之后在制动力矩和摩擦力的共同作用下，张力持续下降，直至输送带完全停止。2.4稳定运行过程如图 4 所示，在大型输送机稳定运行过程中，输送带上各特征点张力均表现出先缓慢上升，后大幅度上升的态势。说明此阶段中输送带张力为持续上涨过程。同时，稳定运行过程中输送带的运行速度为 3.15m/s，运行 7 d 需 24.56 s。3ADAMS 模型仿真分析与理论分析结果对比为确认 ADAMS 模型仿真分析方法的实际分析精准性，研究中会分别采用模型仿真分析方法和理论分析方法对大型带式输送机运行过程中性能变化特点进行仿真分析和理论计算，进而获取到表 1 中的仿真分析与理论分析对比结果。如表 1 所示，ADAMS 模型仿真分析方法所获取的仿真分析结果均小于理论分析计算结果，此结果差异原因主要在于模型动态设置、材料参数设置以及其他相关参数设置。具体来说，理论计算过程中所选取的参数均为较为恶劣工况下的相关参数，而仿真分析过程中所采用的参数则为较理想化条件下的参数，参数选择差异导致最终结果差异。4ADAMS 模型仿真分析方法的工程应用在确认 ADAMS 模型仿真分析方法与理论方法之间的差异点以后，还需要工程实践进一步检验仿真分析方法的应用价值。设计工作者以某型号多台大型带式输送机运行数据为例，分别采用理论分析、仿真分析等方法对某型大型带式输送机运行性能进行综合分析。在经过多台大型带式输送机运行数据分析验证后发现，相较于其他方法来说，仿真分析方法所获取的分析结果更符合大型带式输送机轻量化设计相关要求，并且其分析效率更高，可有效地降低设计计算成本，具有较为广的应用价值。5结语本文介绍一种适用于大型带式输送机性能分析的 ADAMS 模型仿真分析方法。通过将该方法与理论图 4大型带式输送机输送带上各特征点张力变化参数传动滚筒90改向滚筒180改向滚筒90改向滚筒改向滚筒理论计算合张力/N38 059.8931 401.9732 503.3233 637.7035 167.01仿真分析合张力/N34 672.3430 204.6531 018.3331 507.7632 244.28误差率/%8.903.814.576.338.31表 1仿真分析与理论分析对比结果26 00024 00022 00020 00018 00016 00014 00012 00010 000张力/N12345678910特征点31.5 31.0 17.7 17.5 17.5 16.3 16.3 16.0 00理论计算值动态分析相应值位置/m482023 年第 6 期分析方法进行匹配对比后发现，此种方法更符合当前大型带式输送机轻量化设计相关要求，所以可在后续轻量化设计中进行参考应用。参考文献1贺金虎，廉自生.基于 ADAMS 的带式输送机输送带动特性仿真分析J.制造业自动化，2014，36（7）：91-93.2张建国，寇子明，吴娟，等.基于 ADAMS/Hydraulic 的带式输送机断带抓捕机架动力学仿真J.煤矿机械，2012，33（8）：40-42.3石浩.大型波状挡边带式输送机系统动力学特性及驱动装置研究D.青岛：山东科技大学，2020.4樊伟.带式输送机跑偏原因分析及调心托辊纠偏特性研究J.中国矿山工程，2021（4）：54-56；64.5余浩，田俊杰，姚庆，等.偏载工况下带式输送机输送带跑偏及纠偏研究J.机电工程，2022，39（7）：996-1 003.（编辑：李俊慧）ADAMS Modelling and Performance Study of Large Belt ConveyorsLiu Ruijun（Huozhou Coal and Electric Group Xinju Coal Machinery Equipment Manufacturing Co.,Ltd.,HuozhouShanxi 031400）Abstract:An ADAMS model simulation analysis method for large belt conveyors is introduced.The method first uses SolidWorks softwareto build a three-dimensional model,then generates a rigid-flexible coupling model through ADAMS software,and uses this as the basis formodel simulation analysis of large belt conveyors.Afterwards,the method is applied to engineering practice to confirm the application valueof the model simulation analysis method.Key words:large belt conveyor;ADAMS;3D modelling;performance;simulation analysisInfluence of Each Parameter on the Performance of Multistage Centrifugal Pumps andOptimizationZhang Wenhao（New Energy Storage New Materials Division,Huayang New Materials Technology Group Co.,Ltd.,Yangquan Shanxi 045000）Abstract:In order to solve the problem that the performance of multistage centrifugal pumps designed based on traditional ideas cannotmeet the actual production requirements,a three-dimensional model is constructed based on SolidWorks software,and after meshing themodel according to the simulation requirements,the structural parameters such as the number of vanes,outlet angle,outlet diameter andinlet diameter are compared by FULENT software on the efficiency,head,H-Q curve and The influence of the internal flow field iscompared and the structural parameters corresponding to the optimum performance of the multistage centrifugal pump are derived.Key words:multistage centrifugal pump;vanes;outlet angle;efficiency;head（上接第 46 页）Analysis of the Role of the Worm Tongue Radius on the Aerodynamic Performance ofCentrifugal VentilatorsYang Xingle（Jinneng Holding Coal Group Hongyuan Engineering Construction Company Limited,Datong Shanxi037003）Abstract:The radius of the worm tongue of a centrifugal ventilator has an important influence on the performance of the ventilator,thusaffecting the safety of ventilation in underground coal mining.The analysis of the static pressure value of the ventilator at different wormtongue radii by means of finite element simulation shows that the static pressure value inside the ventilator is higher at smaller worm tongueradii and the distribution of the internal flow field is stable,which can improve the aerodynamic performance of the ventilator,thusproviding guidance for the design and use of centrifugal ventilators.Key words:centrifugal ventilator;worm tongue radius;transient static pressure;steady state static pressure;aerodynamic performance9张晓蓉，李汉雨，赵双，等.双级离心通风机设计与分析J.风机技术，2020，62（3）：22-28.10董希明.仿鸮翼前缘蜗舌对多翼离心通风机气动性能及内流特性的影响D.杭州：浙江理工大学，2020.11陈明宇，邓海峰，赵相寒，等.离心通风机径向调节门不同开度的模拟与分析J.风机技术，2019，61（S1）：19-25.12路丽威，李嵩，杨成兴，等.新一代核级离心通风机气动设计与数值优化J.风机技术，2018，60（3）：20-24.（编辑：李俊慧）（上接第 44 页）刘瑞骏：大型带式输送机 ADAMS 建模与性能研究49