基于MATLAB的带式输送机建模研究

基于MATLAB的带式输送机建模研究

李天成 崔琬婷 孙航 韩晓锋

中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司，吉林省 长春市 130021

[摘要] 输送机电机功率的确定是其设计的关键，本文介绍了设备的结构和工作原理，阐述了基于MATLAB软件建立输送机虚拟样机的方案以及过程，重点研究了输送机各种工况下的电机功率变化曲线，为输送机的设计提供了依据。

[关键词] 带式输送机，虚拟样机，动力学，电机功率 链轮

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带式输送机是应用广泛的散料连续输送设备，适于短距离输送运量和粒度较大的物料，也是自移式破碎站的主要组成部分。从结构组成看，带式输送机主要由钢结构机架、支撑机构、驱动装置、链传动系统、主轴支撑装置和其他附属机构组成，如图1所示。带式输送机链板及物料输送的工作主要通过马达以及链轮的驱动。

首先根据工作要求确定驱动电机功率，常用的解析计算方法的计算准确性取决于经验系数的选择，同时解析方法不能进行电机动态功率的计算。本文介绍了带式输送机结构和工作原理，阐述了基于MATLAB软件建立带式输送机数字化功能样机的方法和步骤，分析了带式输送机空载及满载启动、稳定运行和制动工况的功率变化情况，为带式输送机的设计提供依据。

图1带式输送机模型

1. 创建带式输送机的虚拟样机模型

带式输送机的运行相当于一对双排链轮的转动，整条板带的一侧是双排式的主动链轮，对侧则是被动式链轮。因主动链轮与被动链轮间隔着较长的距离，因此两轮之间需要若干托链轮支持上下侧的板带，避免因其弧垂链板导致机器运行故障。图2所示为输送机主动链轮。

图2主动链轮及传动轴模型

主动链轮的传动杆因阻尼器的力矩带动着主动链轮，链齿与传送板上链孔咬合，并依靠被动链轮以及托举链轮的共同作用，带动传送板进行物料输送。本文利用MATLAB软件模拟上述过程建立仿真模型，并导入主动链轮、被动链轮以及拖动链轮的机械参数，建立完整的输送机机械仿真模型。

因实际机械外形尺寸以及各机械零件种类庞杂，在仿真建模时需要对部分非运动部件化简，如螺丝、密封圈等。这种情况可以利用MATLAB软件的相关功能将可简化部件整合，为下一步的仿真分析打下基础。

因为MATLAB软件中的自带的板带模型无法兼容手动建立的主动链轮模型，所以要对主动链轮、拖动链轮、被动链轮以及传动板等模块进行重新定义。如重新定义驱动链轮中的齿距、齿高、力矩、半径等；传动板的形状、长度、宽度、链孔孔距等。

主动链轮建模数据如表1所示：

表1主动链轮建模数据

机械部件模型建立后需要将各部件进行关联。软件中常用Revolute、Fixed。Revolute关联部件的五项幅度，在三系坐标中对于z轴可相对自由的活动；Revolute还可进行摩擦系数设定。Fixed则关联部件六个幅度。Bushing则可以通过设置取代Fixed和Revolute，主要是通过部件阻尼与刚度来约束部件六个幅度，从而代替Fixed；或削弱刚度和阻尼，约束部件五个幅度，从而代替Revolute。

为降低电机开始运行时的振荡，调取软件中阶跃函数建模，使主动链轮运动满足图3所示的满载时主动链轮的转动。

图3满载时主动链轮的速度驱动

2. 仿真结果分析

图4为不同驱动和停止时间驱动电机的启动功率和停止功率，图中显示，电机自2s时开始加速，一段时间后制动。

图4启动时间与驱动功率函数关系

图5为不同开始时刻的电机功率曲线，由于仿真时间太短，在仿真过程中驱动轮和链条在啮合时存在很大的冲击，难以提取合理的仿真结果。对于相同系统，其转动惯量是相同的，惯性力矩取决于角加速度。启动时间0.025s的最大驱动功率约为720kW。0.1s启动时间的最大驱动功率为180kW，稳定运行阶段的净驱动功率为17kW。

图5不同开始时刻时电机功率曲线

3. 结论

本文基于MATLAB软件建立了带式输送机建立虚拟样机，通过动力学仿真，分析了带式输送机的空载启动、稳定运行和制动工况的功率变化曲线和满载运行时功率变化曲线，得到了驱动功率变化范围，为带式输送机产品设计提供了有效的依据。

[参考文献]

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[2] 刘晓东，郭为君，张瑞宏. 基于MATLAB 的

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[3] 孙友亮，孙丽，赵海东. 带式输送机在生料研磨系统的应用[J]. 水泥，2014,09:67.

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