1、引言
在过去的30～40年中，
带式输送机取得了很大的发展。而带式输送机随着向长距离、高带速、大功率方向发展，动态分析方法越来越受到研究人员的重视。由于长距离、大运量、布置复杂的带式输送机，其动力学特性更为复杂且重要，采用刚体，动力学方法进行分析，其精度已不能满足实际工程的需要。因此，对于大型带式输送机，必须采用较为精确的动力学分析方法。而动态分析非常复杂，且不易掌握，需要专门的分析软件。国外在动态分析研究方面开展得比较早，动态分析理论与研制的软件已基本能够满足当前带式输送机发展之需；而我国相对较晚，与国外相比还存在一定的差距。为了尽快弥补这一差距，赶超世界的水平，要加大动态分析研究方面的力度及增加投入，研制出更加完善而功能强大、实用的动态分析软件。所以，了解和掌握国内外带式输送机动态分析软件方面的进展及研究动态是非常必要的。
2、国内外带式输送机动态分析研究发展概况
2.1国外的研究发展概况
国外对带式输送机的研究从20世纪50年代开始，一些采矿业和运输业比较发达的国家，如德国、美国、澳大利亚、波兰等，都进行过大量的理论分析与试验研究。
20世纪，在带式输送机动为学研究上，作为代表性的主要人物有：60年代前苏联的rlaHKpa，rOB和MHTpHeB以及60～70年代德国的Vierling、Matling、Oehmen、Funke等人；80年代澳大利亚的A．Harrsion、美国的Nordellc2]、波兰的T．W. ZurE31等人；90年代荷兰的Lodewi jks[4]、加拿大的T．S．Golosinskl等。
20世纪60年代，首先由前苏联的llaHKpa，rOB和lIMHTplieB，在简化的力学模型上进行解析分析，提出了第一个带式输送机非稳定状态运行期间动态分析的计算公式。70年代中期，德国汉诺威工业大学的Funke发表博士论文，主要研究了钢绳芯带的动态特性。1984年3月，Harrison的博士论文“动态测量与钢丝绳芯带的分析”，论述了输送带弯曲理论和带式输送机启、制动时瞬时弹性力的分析方法。同年，美国的Nordell和Gozda发表了第一篇关于质量一弹簧模型的论文，题目为“启、制动时的瞬时张力和有限元法仿真弹力特性”。1999年，荷兰的G. Lodewijks发表了一篇文章“高带速输送机设计”。
近年来，在国际上也掀起输送机动力学研究热潮。根据最近的文献资料，可以把研究内容主要集中在以下几个方面：①胶带材料特性的研究；②带式输送机回转系统的动力学模型分析，动态运动方程的建立及其方程的解法；③驱动系统动态特性研究；④带式输送机总体特性的分析研究；⑤胶带横向弯曲特性的理论研究及测试；⑥动态特性的测试与试验研究；⑦带式输送机动态特性研究及动态设计的经济性与可行性。
2.2国内的研究发展概况
在国内，由于缺乏大型带式输送机的设计和使用经验，动态分析研究起步较晚。约从80年代初开始，陆续有对带式输送机动态分析方面的研究。尤其是进入到90年代，很多研究机构人员都投入到动态分析研究上。国内有关研究单位有东北大学、煤炭科学研究总院上海分院、中国矿业大学、上海交通大学、太原重型机械学院、辽宁工程技术大学、西安矿业学院等。进行的主要项目归纳起来有：①西安矿业学院、东北大学、煤炭科学研究总院上海分院、北京煤炭设计研究院等，对带式输送机在启、制动等非稳定工况下的动态响应的研究；②东北大学、上海交通大学、山东矿业学院，对输送带和带式输送机的动力学模型的研究；③上海交通大学、太原重型机械学院，对带式输送机胶带的粘弹性及整机运动的动态过程的研究；④辽宁工程技术大学，对带式输送机受料处的动载荷的研究；⑤中国矿业大学，对恒张力自动张紧系统的研究等。
3，带式输送机动态设计，理论和研究范围
带式输送机动态设计即是将输送带按粘弹性体的力学性质，综合计入驱动装置的启制动特性、各运动体的质量分布、线路各区段的坡度变化、各种运行阻力、输送带的初始张力、带式输送机的挠度变化以及拉紧装置的形式、位置、张紧力等因素的作用，建立输送机动力学数学模型，求得输送机在启制动过程中，输送带上的不同点随时间的推移所发生的速度、加速度和张力的变化，预报传统静态设计方法设计的输送机可能出现的动态危险和不安全之处，提出改进和调整措施，确定优化设计和控制参数。
输送机的动态特性，主要反映在胶带的纵向振动、横向振动、侧向振动、托辊及滚筒的旋转振动、机架振动、物料的冲击振动、基础振动等方面。定量的研究这些振动及它们之间的关系非常困难，而且也没有必要。影响带式输送机工作性能的，主要是与胶带有直接联系的振动，即胶带的纵向振动、横向振动和侧向振动。
带式输送机动态过程所研究的范围，涉及到所有部件和过渡工况下可能出现的各种问题，它包括：对过渡工况的动态响应分析、输送带的力学特性、各种装置对起制动特性的影响及对系统建立动态模型等。
4、国内外动态分析软件研制状况
4.1国外研制状况
目前，美国、法国、澳大利亚、意大利等国在动态分析研究方面已经达到国际领先地位，他们分别开发研制了动态分析软件，并在大型带式输送机设计中发挥着重要的作用。
1967年，由美国CDI公司开发研制的BELT-STAT和BELTFLEX．经过近40年的研制与开发，目前已有20多个国家的工程师利用这个软件设计包括大型的各种各样的带式输送机系统，它是易于维护的世界上比较出色的软件包。BELT-STATv7.O已经达到获取以下的结果：①带宽和速度；②带张力的核算；③重锤拉紧；④驱动电机的功率核算；⑤驱动电机起动特性；⑥托辊规格及间隔；⑦滚筒和轴、轴承的设计；⑧垂直面上弯曲半径和相应的特殊托辊的间隔；⑨制动装置尺寸等等，并且增加了很多新的功能。BELTFLEX能模拟带式输送机启、制动期间的瞬时动态特性。
澳大利亚的带式输送机软件HELIX delta-T5，该软件的技术研究与发展开始于1992年，现在世界上已有很多的delta-T用户。新版本的delta-T5动态分析模块，包括如下功能：①可以进行启制动过程的仿真；②可以进行输送带弹性体动力学计算；③可以输出在启制动时输送线上不同点、不同工况的带速、动张力及拉紧行程等详细图形等。
HELIX delta-T软件已经在世界上超过25个国家，得到应用10多年了，有数百台实际的输送装置证明了它的价值，最新的HELIX delta-T 5版本给输送机设计带来更多的便利。
另外，美国的PRO-BELT5.o软件也经历了10多年的发展，已经在世界范围内得到应用。它的设计计算具有极高的准确性且使用方便，通过给出错误信息来帮助设计者保持设计数据的准确性。新版本加强了动态分析模块，根据需要程序，可以将模型划分为若干部分，可分至24段之多。程序可以对如启制动、加减速及不同载荷等各种工况进行动态分析，给出相应的托辊载荷、输送带张力、滚筒轴的挠度等设计数据。还可以对水平弯曲段进行准确的动态设计。
除上述这些软件以外，还有如：AC-Tek的“Sidewinder”软件、Overland Conveyor Co公司开发的Dyanmic Analyst软件、Creative Engineer-ing公司开发的WINBELT软件等等，都是比较出色的软件。
4.2国内研制状况
从20世纪90年代开始，国内有关带式输送机动力学分析也得到了广泛的重视，有很多单位着手进行了动态分析方面的理论研究，并研制了相应的动态仿真软仵。
东北大学的宋伟刚，在大型带式输送机动态过程的研究基础上，完成了动力学分析软件的开发，2001年对该软件进行了进一步的开发，建立了完整的动力学模型和稳定的数值分析方法。该软件已经在工程实际中应用。
中煤国际工程设计研究总院的李玉谨从1999年开始，致力于研究动力学分析方法。经过几年的研究、试验、对比分析、现场实践，他提出了一套完整的、准确的、适合不同带式输送机运行工况的动力学设计方法。初步编写了几种工况的带式输送机的动力学设计软件。可以对带式输送机系统进行动力学设计、分析和研究。
中国矿业大学的侯友夫，在2001年利用所编制的仿真软件，对带式输送机动态特性进行了全面的分析，其中包括：启动过程中输送带的动应力、速度和加速度的变化特点；空载与满载的启动和正常运行状态的比较；拉紧点位置对带式输送机动态特性的影响；液力耦合器特性对带式输送机动态特性的影响；单电机启动与双电机启动的性能比较；两种拉紧方式的动态性能比较。它是采用VC++为开发平台编制的。
太原理工大学的赵娜，主要对带式输送机的启动过程进行了研究，2002年根据带式输送机实际动态特性，确定离散模型中的具体参数值及其算法，并由此编制了相应的程序。还对实际输送机设备进行数值仿真，并比较计算机仿真结果与实测结果，发现两者动态特性趋势大致相同。该程序是由VB和MATLAB共同实现的。
2003年，辽宁工程技术大学的许丹，通过对现有带式输送机动态设计理论的比较和分析，采用有限元分析方法建立了带式输送机系统的动力学模型，并在这一动力学模型的基础上，开发出了带式输送机动态设计软件。该软件以Visaul Basic语言与MATLAB软件有机结合，操作简单，智能化程度较高，可以求得带式输送机系统任意位置的动态参数，并对动态参数进行二维和二维图形的显示。
沈阳化工学院的王丹等人，针对大型平面转弯带式输送机动态设计问题，开发了平面转弯带式输送机动态分析软件。该软件在中文Windows环境下，使用Visual Basic 6．O开发，针对直线运行和包括多处平面转弯段的大型带式输送机启动过程进行了仿真。
淮海工学院的席平原等人，利用SIMU-LINK软件对带式输送机启动过程进行仿真，计算出输送机在启动情况下，任意时刻输送带任意截面的位移、速度、加速度和张力，以控制输送机启动过程的稳定性和安全性。
上海交通大学的李光布，2003年发表了博士论文，在文中提到首次开发出基于非线性系统的带式输送机动态分析软件BDS，并借助BDS对一条上运带式输送机的胶带张力、带速、重锤位移及张力波传波速度等动态参数进行仿真，并将仿真结果与国外商业软件和理论公式进行了比较，结果显示误差在1.48%～7.96%之间。
动力学分析能估算包括在启动或停车过程中的有关结构、滚筒和输送带载荷。对于长距离大张力的输送机，该方法是可靠性设计的重要部分，这已被工业界广泛地采用。
5、动态分析软件的特点及作用
对于通用的带式输送机动态分析软件系统，可以分为三大组成部分，即前处理模块、分析计算模块和后处理模块。在前处理模块中，主要描述设计所需的模型参数，对于带式输送机求解所涉及的已知参数很多，所以尽量方便用户输入数据。分析计算模块是软件的核心，大都围绕着模块化设计、节省存储空间及提高计算效率方面进行了研究。带式输送机动态分析软件是由一个大型的复杂程序所构成的，所以采用模块化的方法把问题进行分解，模块之间相对独立。使软件系统易于扩充、局部修改容易。后处理模块，把计算的结果采用数据表形式、曲线曲面形式及频谱图方式展现出来。
采用动态分析软件，可以对静态设计的结果进行改进，为带式输送机设计提供合理的参数，如输送带的动张力、动位移等。其主要作用是：①给出输送机各主要部件的受力状况，应用这些结果可进一步对各零部件进行强度设计，从而使输送机系统更具有经济合理性；②提供合理的驱动装置、启制动过程的驱动力和制动力的控制要求；③提供合理的驱动装置、拉紧装置、制动装置的布置位置；④为输送机的拉紧装置提供设计参数，包括拉紧装置的速度、行程，进而可以设计拉紧装置的驱动功率；⑤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。
6、结论
综观带式输送机发展历史，可以肯定的是：无论从输送距离、输送速度、驱动及输送形式上，还有设计精度、可靠性、经济性等方面，已经取得了很多的成果。随着带式输送机向长距离、高带速、大运量的方向发展，研究动态过程的动力学分析方法越来越成为研究的主流，由此开发研制出的动态分析软件也逐渐增多。但从目前国内研制和使用情况来看，远没有达到普及和使用的程度。所以，进一步完善和巩固带式输送机动态分析方法的理论，且研制相应的分析软件，是目前非常急需而又重要的任务。
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