摘要：带式输送机是一种距离长、带速高的运输设备，对于其在动态下进行研究具有一定的难度，动态分析方法作为一种重要的辅助手段，可以很好的解决这个问题，不仅提高了带式输送机设计的准确性还使其更加的稳定、可靠。本文对带式输送机动态分析方法相关问题进行了简述，以期给相关专业人员提供一定的参考。
关键词：带式输送机；动态分析法；模型；软件
带式输送机是当前我国冶金、电力、煤炭、化工等领域应用比较广泛的散装物料运输的主要设备之一，在长距离、高怠速、大运量和大功率等方面具有比较明显的动态特性，逐渐引起了专业研究部门的重视。目前在国内，带式输送机达数万条之多，若能成功的进行动态分析及动态设计，进而采用正确的控制策略，则可带来巨大的经济效益。动态分析法应用在带式输送机中，可以更好地优化传统设计中的一些参数，提高带式输送机设计的准确性，使其运行更加平稳可靠，适当降低安全系数以减小投资费用。
1.带式输送机动态分析的作用
在带式输送机设计中，通过动态分析可以解决以下主要问题:确定输送机运行中输送带的动张力峰值大小、振动特性及边界条件的影响；提供合理的驱动装置及起制动过程的控制要求；为输送机的拉紧装置设计提供设计参数，包括拉紧装置的速度、行程等；提供合理的驱动装置、拉紧装置、制动装置的布置位置；检验初步设计结果的合理性，通过分析结果对初步设计进行改进。
2.带式输送机动态分析的方法
2.1输送带模型
主要有刚体模型、弹性体模型、粘弹性体模型等几类。①刚体模型。这种带式输送机设计方法也将输送带看做刚体进行动力学分析，认为输送带各点同时加、减速，这种分析方法对于小运量、短距离的带式输送机在过去是可以满足工程设计所要求的精度的。②弹性体模型。澳大利亚Harrison博士提出，把输送带看成是一个弹性体，列出其运动的微分方程，再根据边界条件求解方程得出速度、加速度、动张力等。这种方法比用刚体动力学方法更接近实际，特别是在定性分析时比数值分析方法更为直观。③粘弹性体模型。最早由德国汉诺威工业大学的Matling和Vierling提出，并将输送带的力学特性考虑到其动力学模型中。他们提出的Vogit模型和Maxwell模型（如图1），两者相比，Vogit模型更加实际。另外，对于输送带动态特性的研究主要是在起制动阶段，这时主要是动态效应。因此就目前的测试条件，Vogit模型是一种比较合理的模型。
图1 Maxwell模型和Vogit模型
2.2整机系统动态分析方法研究
宋伟刚等提出了基于功率追踪策略的带式输送机动态设计方法，给出了可控启动过程的动态分析算法，开发了动态设计软件，并通过对实际系统的仿真，证明了算法和软件的正确性。
2.3带式输送机动态分析模型数值分析解法
带式输送机动态分析模型有连续模型和离散模型2种。而连续模型完整的动力学方程只能在经过较大的简化后才能解析求解，因而这种方法一般不能对带式输送机系统进行定量分析，尤其是线路复杂的带式输送机，因而在实际中大都采用数值分析解法。
1994年，荷兰的Lodewijks首先通过梁单元建立了带式输送机的二维有限元模型，使有限元数值分析的精度有了很大提高。对输送带二维模型的研究有助于精确分析带式输送机运行过程中各部件的动态响应以及它们之间的相互作用，提高设备运行的可靠性，降低输送带传统经验设计的安全系数，进而促进长距离、高速度、大运量带式输送机的发展[1]。但是输送带二维模型的自由度是一维模型的1000～2000倍，使求解过于复杂，对计算技术及计算机性能的要求更高。
解析法的特点是可以直接通过解析解对输送机各参数的影响进行分析，但带式输送机连续模型完整的动力学方程几乎无法解析求解，只能对简化的方程进行求解，因而这种方法一般不能对输送机系统进行定量分析，特别是线路复杂的输送机。
数值解法的特点是通过图形显示技术分析系统中各参数的影响，同时可以处理复杂的输送机系统动态过程问题，因而在实际中大都采用数值解法。数值解法都是基于有限元方法进行的，方法是在一定假设条件下，将输送机划分为有限个单元得到其离散模型。
3.基于AMESim的带式输送机仿真模型的建立
建模之前首先对输送带模型进行离散化处理，输送带采用Kelvin－Vogit粘弹性模型，可以看成由一系列质量单元通过弹性阻尼单元连接而成，根据输送带各带段的特性将输送带划分为若干段等质量的质点单元。
在AMESim中质量单元选用linearmass with 2 ports and friction模型，弹簧阻尼单元选用linear spring－damper with 2 ports capable of linear motion模型，二者子模型分别设置为MAS004和SD0000。分别计算承载段和回空段输送带的单元质量、单元运行阻力、单元刚度、单元阻尼等参数。
改向滚筒的AMESim仿真模型采用RSHE001模型、RL00模型、V001模型构建；拉紧装置的AMESim仿真模型采用用ＲSHE001模型、RL00模型、MAS001模型构建；驱动装置的AMESim仿真模型可根据驱动装置的运行特性简化为速度控制信号[2]。
在草图模式下建立带式输送机仿真模型后，在子模型模式下指定元件的具体子模型，进入参数模式输入每个子模型的具体参数，在仿真模式下设置、修改仿真运行参数即可进行仿真。
4.动态分析软件研究概况
将机械系统动态仿真技术应用到带式输送机的动态分析上，即在计算机上通过动态分析软件建立带式输送机模型，并对其进行各种动态性能分析，代替传统实物样机试验，并对静动态分析的结果进行改进，可为带式输送机设计提供合理的参数。在国内，东北大学的宋伟刚、太原理工大学的赵娜等人都编制了动态分析软件，为我国带式输送机的发展做出了很大贡献。应用动态分析软件对带式输送机进行动态分析，进行优化设计，可以优化静态设计中的某些参数，大大提高设计的精确性，确保带式输送机系统运转过程中的可靠性，减小安全系数。近年来带式输送机动态研究在国际上已得到业内人士的认可，虽然没有完善的进行动态设计的方法，但已达到采用动态分析的手段对静态设计的结果进行改造。
5.结语
总之，动态分析法是一种重要为带式输送机标准设计提供真确数据的方法，将其应用在带式输送机设计中，可以使带式输送机更具稳定性和可靠性，对于优化大型带式输送机设计具有重要的指导价值。
参考文献：
[1]肖占方. 基于AMESim的带式输送机动态特性研究与分析[D].太原科技大学，2013.
[2]罗亮. 带式输送机多体动力学仿真及动态特性研究[D].华北电力大学，2014.
论文作者:李晓东
论文发表刊物:《科技中国》2016年7期
论文发表时间:2016/10/18
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