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摘 要：本文主要采用连续动力学方法，以同忻矿中间驱动带式输送机为例，通过Matlab软件计算及仿真，绘制出了输送带的动张力二维视图，形象的展现出中间驱动带式输送机的运行状态，对中间驱动带式输送机进行动力学分析。
本文主要阐述了滚筒卸载式中间驱动技术和直线摩擦式中间驱动技术的原理，在此基础上建立了能够描述中间驱动带式输送机的连续动力学模型。分析了影响其动态特性的输送带弧长及非均布载荷两种因素，并结合井下具体工况介绍了各自的优缺点。
关键词：带式输送机;中间驱动;动力学分析
一、 研究背景和意義
带式输送机运行状况与煤矿安全高效的生产息息相关，结合矿井地形复杂，环境恶劣，以及一些特殊弯曲巷道的实际情况，为了确保输送机可靠稳定运行，对其动态特性、控制策略、状态监控与综合保护等方面的问题开展研究工作就显得十分重要。
现有的带式输送机通常是通过对带式输送机进行静力学计算后乘以一个备用安全系数来设计系统的主参数。如果不进行动力学分析，就会发生输送机故障事故，常见的故障有皮带跑偏或蛇行、打滑、断带、叠带和皮带着火等，这些故障严重的影响到煤矿生产。
在现实的生产工作中，带式输送机的静态计算结果与实际运行工况存在较为明显的差别，对于大型带式输送机，必须先进行静态计算，在此基础上再进行较为精确的动力学分析方法进行分析。为此，必须在充分考虑动态特性影响因素的基础上，全面地对带式输送机进行系统细致地动力学分析，从而合理地进行动态设计，并结合其静态特性最终保证其高效安全运行。
二、课题的主要研究内容
（一） 研究目标
建立能够正确描述中间驱动带式输送机的动力学方程，针对同忻矿中间驱动带式输送机进行完善的动力学分析，根据输送带的载荷情况及运输能力推导出合理的起动和制动加速度曲线。
（二）中间驱动带式输送机简介
一般情况下，带式输送机均为头部驱动且集中驱动，最大程度上满足驱动装置和输送带强度，因此，我国的矿用带式输送机的长度是有限制。然而，由于输送带负载及所受阻力的因素，输送机的运输增加线路，输送带张力呈线性增加，如图1所示。输送带上的载荷越大，带式输送机的运距越长，输送带在输送机头部的张力就会越大，而且在输送机头部的驱动处张力最大。
通常情况下，为了保证带式输送机的运行安全，设计时常选用强度较高的输送带，增大安全系数，从而大大增加了输送带的制造成本。由于运量大运距长，驱动装置的功率也会很大，增加了装置设备的设计及制造难度，且体积增大，从而增加了井下的空间要求。
（三） 中间驱动技术的分类
目前，关于中间驱动技术研究的方法有：直线摩擦驱动法、胶轮驱动法、直线电机驱动和滚筒驱动技术等。经过科研人员大量的研究，现在常用的两种中间驱动技术是：直线摩擦式中间驱动技术和滚筒卸载式中间驱动技术。
1.直线摩擦式中间驱动技术
由图2所示，中间驱动装置的输送带紧贴在输送机承载段输送带的下面，分布在输送机中间部位。当两个输送带有相对运动的趋势，两输送带的接触面便会产生很大的摩擦力。当中间驱动装置运转时，其输送带会与依附的输送机承载段输送带之间产生摩擦，中间驱动装置的驱动力依靠两输送带之间产生的摩擦力传递给输送机承载段输送带，达到减少带式输送机头部驱动装置的驱动力和功率的效果，这就是直线摩擦式中间驱动技术的工作原理。
2. 滚筒卸载式中间驱动技术
如图3所示，将中间驱动装置安装在带式输送机承载段输送带上，其中中间驱动部分依靠驱动滚筒对输送带进行驱动。依据带式设输送机的静力学方法进行受力分析，输送带张力在驱动滚筒的相遇点以及分离点处，都满足欧拉公式，输送带各点张力值可以求出具体数值，经过对比，输送带张力值经由中间驱动装置会有所下降。
3.滚筒卸载式中间驱动带式输送机存在的问题
虽然滚筒卸载式中间驱动技术应用很广泛，但是，仍然存在一些技术问题，在理论分析和设计计算时应主要考虑以下几个方面：
（1）合理分配驱动功率。输送带张力的变化直接受驱动功率的影响，驱动功率的合理分配是保证整条带式输送机安全稳定运转的重要因素。对于整条带式输送机，主驱动还是需要头部驱动部分，中间驱动装置仅作为辅助驱动装置。
（2）带速同步问题。 驱动电动机的特性差异、制造质量不等，以及驱动滚筒磨损等原因，会导致在各驱动装置处，输送带的带速不同。目前，国内外专家通过安装液力调速装置来实现带速同步问题。
（3）动力学分析。滚筒卸载式中间驱动带式输送机的动力学分析相关研究空白较多，基础薄弱，涉及较少。由于带式输送机在运行式，输送带张力与静态理论分析时得出的带张力不相符，所以在理论设计计算时，选用较大的安全系数，这样不仅造成了不必要的成本浪费，还在输送机实际运行过程中存在安全隐患。
综上所述，只有通过带式输送机静态理论分析和动态分析相结合、软启动技术、电控技术与检测技术等互相配合，才能解决这些问题。
三、本文小结
本文主要阐述了滚筒卸载式中间驱动技术和直线摩擦式中间驱动技术的原理，结合井下具体工况介绍了各自的优缺点，并且对常用的滚筒卸载式中间驱动技术做了较为详细的分析。
本文主要阐述了滚筒卸载式中间驱动技术和直线摩擦式中间驱动技术的原理，在此基础上建立了能够描述中间驱动带式输送机的连续动力学模型。分析了影响其动态特性的输送带弧长及非均布载荷两种因素，并结合井下具体工况介绍了各自的优缺点。
关键词：带式输送机;中间驱动;动力学分析
一、 研究背景和意義
带式输送机运行状况与煤矿安全高效的生产息息相关，结合矿井地形复杂，环境恶劣，以及一些特殊弯曲巷道的实际情况，为了确保输送机可靠稳定运行，对其动态特性、控制策略、状态监控与综合保护等方面的问题开展研究工作就显得十分重要。
现有的带式输送机通常是通过对带式输送机进行静力学计算后乘以一个备用安全系数来设计系统的主参数。如果不进行动力学分析，就会发生输送机故障事故，常见的故障有皮带跑偏或蛇行、打滑、断带、叠带和皮带着火等，这些故障严重的影响到煤矿生产。
在现实的生产工作中，带式输送机的静态计算结果与实际运行工况存在较为明显的差别，对于大型带式输送机，必须先进行静态计算，在此基础上再进行较为精确的动力学分析方法进行分析。为此，必须在充分考虑动态特性影响因素的基础上，全面地对带式输送机进行系统细致地动力学分析，从而合理地进行动态设计，并结合其静态特性最终保证其高效安全运行。
二、课题的主要研究内容
（一） 研究目标
建立能够正确描述中间驱动带式输送机的动力学方程，针对同忻矿中间驱动带式输送机进行完善的动力学分析，根据输送带的载荷情况及运输能力推导出合理的起动和制动加速度曲线。
（二）中间驱动带式输送机简介
一般情况下，带式输送机均为头部驱动且集中驱动，最大程度上满足驱动装置和输送带强度，因此，我国的矿用带式输送机的长度是有限制。然而，由于输送带负载及所受阻力的因素，输送机的运输增加线路，输送带张力呈线性增加，如图1所示。输送带上的载荷越大，带式输送机的运距越长，输送带在输送机头部的张力就会越大，而且在输送机头部的驱动处张力最大。
通常情况下，为了保证带式输送机的运行安全，设计时常选用强度较高的输送带，增大安全系数，从而大大增加了输送带的制造成本。由于运量大运距长，驱动装置的功率也会很大，增加了装置设备的设计及制造难度，且体积增大，从而增加了井下的空间要求。
（三） 中间驱动技术的分类
目前，关于中间驱动技术研究的方法有：直线摩擦驱动法、胶轮驱动法、直线电机驱动和滚筒驱动技术等。经过科研人员大量的研究，现在常用的两种中间驱动技术是：直线摩擦式中间驱动技术和滚筒卸载式中间驱动技术。
1.直线摩擦式中间驱动技术
由图2所示，中间驱动装置的输送带紧贴在输送机承载段输送带的下面，分布在输送机中间部位。当两个输送带有相对运动的趋势，两输送带的接触面便会产生很大的摩擦力。当中间驱动装置运转时，其输送带会与依附的输送机承载段输送带之间产生摩擦，中间驱动装置的驱动力依靠两输送带之间产生的摩擦力传递给输送机承载段输送带，达到减少带式输送机头部驱动装置的驱动力和功率的效果，这就是直线摩擦式中间驱动技术的工作原理。
2. 滚筒卸载式中间驱动技术
如图3所示，将中间驱动装置安装在带式输送机承载段输送带上，其中中间驱动部分依靠驱动滚筒对输送带进行驱动。依据带式设输送机的静力学方法进行受力分析，输送带张力在驱动滚筒的相遇点以及分离点处，都满足欧拉公式，输送带各点张力值可以求出具体数值，经过对比，输送带张力值经由中间驱动装置会有所下降。
3.滚筒卸载式中间驱动带式输送机存在的问题
虽然滚筒卸载式中间驱动技术应用很广泛，但是，仍然存在一些技术问题，在理论分析和设计计算时应主要考虑以下几个方面：
（1）合理分配驱动功率。输送带张力的变化直接受驱动功率的影响，驱动功率的合理分配是保证整条带式输送机安全稳定运转的重要因素。对于整条带式输送机，主驱动还是需要头部驱动部分，中间驱动装置仅作为辅助驱动装置。
（2）带速同步问题。 驱动电动机的特性差异、制造质量不等，以及驱动滚筒磨损等原因，会导致在各驱动装置处，输送带的带速不同。目前，国内外专家通过安装液力调速装置来实现带速同步问题。
（3）动力学分析。滚筒卸载式中间驱动带式输送机的动力学分析相关研究空白较多，基础薄弱，涉及较少。由于带式输送机在运行式，输送带张力与静态理论分析时得出的带张力不相符，所以在理论设计计算时，选用较大的安全系数，这样不仅造成了不必要的成本浪费，还在输送机实际运行过程中存在安全隐患。
综上所述，只有通过带式输送机静态理论分析和动态分析相结合、软启动技术、电控技术与检测技术等互相配合，才能解决这些问题。
三、本文小结
本文主要阐述了滚筒卸载式中间驱动技术和直线摩擦式中间驱动技术的原理，结合井下具体工况介绍了各自的优缺点，并且对常用的滚筒卸载式中间驱动技术做了较为详细的分析。