论文编号：1001-3954(2007)11-0101-104
国外带式输送机 动态分析软件研究综述
*
朴香兰
1,2 王国强 1 岳彦炯 1
1
吉林大学机械科学与工程学院  吉林长春  130025
2 延边大学工学院
摘要：研究和分析了国外典型的带式输送机动态分析软件，主要介绍了软件的结构、特征和 主要功能，最后针对几个软件的特点进行了比较分析，为国内研制带式输送机动态分析软件 提供一些帮助。 叙词：带式输送机  动态分析  软件
国flex软件
间来进行动态调整；(5) 增加惯性滚筒以达到起、制动
的优化；(6) 按要求可增加制动滚筒；(7) 可以看到 起、制动时的拉紧行程；(8) 预报沿输送方向任何位置 最佳时刻的最大瞬时带张力；(9) 在 delt a -T 5 中，动 力学运算结果与刚体静力学运算结果进行比较；(10) 预报输送机结构上的瞬态载荷大小；(11) 计算起、制 动时变速箱和联轴器中的扭矩载荷，以消除引起昂贵 设备故障的隐患。
HELIX delta -T5 具有三个版本，分别是：简易 版本、标准版本和专业版本。简易版本计算生产率 ≤200 t /  h 的单滚筒驱动输送机；标准版计算生产率 ≤1 000 t / h 的单滚筒驱动输送机；而专业版本计算不 受生产率和驱动装置数量的限制。
HE LI X  delta -T 5 是利用输送机的有限元模型进行 动力学分析。输送机被分割成段，每段利用 Kelvin 模 型，即一个弹簧件与黏弹性件并联。动力学运算过程 采用了可变步 Run ge -Kutta 法解复杂的微分方程式， 包括柔性体。 1.1.2 软件总体结构
HE L IX  d e l ta -T 5 软件总体结构如图 1 所示。
1.2 BELTSTAT V7 和 BELTFLEX 软件研究和分 析
1967 年起美国 CDI  公司开始着手开发研制 B EL - TSTA T  软件，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 比较出的软件包。目前已开发出 BE LTS TAT  V7 版 本和动态模拟模块 BEL TF LEX 。 1.2.1 软件的功能和特征
用 BELT STAT V 7 可以获取以下结果：(1) 带宽和 速度；(2) 带张力核算；(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 距；(7) 滚筒和轴、轴承的设计；(8) 垂直面上弯曲半 径和相应的专用托辊的间距；(9) 制动装置尺寸(如果 需要) ；(10) 飞轮所需条件 (如果需要) 等等。
BELTSTAT V7 软件新版本的特征如下：(1) 软件 的快速起始功能，使用户快速并易于分析多种输送机
外在带式输送机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，尤其是动态分析软件 部分。为了尽快弥补这一差距，赶超世界水平，有必 要研究和分析当今国外带式输送机的动态分析软件。 通过研究和分析软件，掌握国外的动态分析软件的结 构、特征及功能，以及今后的发展方向，为我们今后 在短时间内研制出比较完善的动态分析软件打下基 础。
1 国外动态分析软件
目前，美国、法国、澳大利亚、意大利等国家在
动态分析研究方面，已经达到国际领先地位。他们先 后分别开发研制了带式输送机的动态分析软件，并应 用于大型带式输送机的设计和分析中。
1.1 HELIX delta-T5 软件研究和分析
带式输送机软件 H E L I X d e l t a -T 5 的技术研究与发 展始于 1992 年，是由澳大利亚研制的。经过十几年的 发展，现在世界上已有很多的 d e lt a -T  用户，超过 25 个国家。有数百台实际的输送装置证明了它的价值， 最新的 HE L IX  delta -T 5 版本给输送机设计带来更多的 便利。 1.1.1 软件动态分析功能和特征 新版本的 H EL I X  delta -T 5 动态分析模块，包括如 下功能：(1) 计算起、制动过程中的动张力和动速度； (2) 模拟输送带满载、空载起动和满载、空载制动时的 动态特性；(3) 输出在起、制动时沿输送线路不同点、 不同工况下的带速、动张力及拉紧行程等详细图形 等。
新增动态分析模块的特征如下：(1) 易模拟输送机 起、制动时带的瞬时张力；(2) 增加了在驱动加速度上 的扭矩控制或速度控制；(3) 为多驱动的动态调整，增 加延迟时间；(4) 通过改变不同驱动装置的起动延迟时 * 作者简介：朴香兰，女，1964 年生，副教授，吉林大学机械学 院博士生，研究方向：现代设计理论。
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本 栏 目
责任编 辑 翟小华
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直面转弯；(10) 物流信 息
及绘制；(11) 多种工 况运行和满载/ 空载运 算；(12) 最差工况的模 拟设计概要表；(13) 先 进的最优化功能；(14) 改进的绘图程序；(15) 输出输送机轮廓图形为 A u to  C AD  D FX  文件格 式；(16) 根据输送路线 自动改变输送机侧形。 B E L T F L E X  动态分 析模块用来模拟带式输 送机起、制动期间的瞬 时动态特性。它主要为 了使输送机设计在最后 阶段更精确或确认选择 输送机起、制动方法不 确定时的影响。它模拟 的动态特性指导设计人 员继续设计，而不必做 出设计选择或决定。
图 1 H EL IX del ta-T5 软件总体结构 BE LT FL EX 动态分
系统。它包含 11 种常用的输送机侧形 (如图 2 所示)，
析模块，还能发现：(1) 超载机械和部件；(2) 在上 允许用户输入 5 段长度和高度。若需要可以在工具栏
运、下运时物料不稳的原因；(3) 垂直面转弯特性异常 侧形输入窗口中增加段数 (≤500 段) ；(2) 输入窗口只
的原因，如输送机向上时带脱离托辊面或跑偏；(4) 为 要是合理，输入参数是随意的。若用户不能指定参
了满足设计需要，可能引发拉紧系统的意外响应或者 数，则程序选择适当的默认值，或基于已知变量进行
对拉紧系统的响应能力进行确认；(5) 带过分松弛引起 选择；(3) 新增工具栏图标/ 输送机侧形，让用户在可
的物料溢出、运行阻碍及拉紧行程过大等原因。 视的输送机系统画面中建立侧形，可以输入任意输送 1.2.2 软件总体结构 机侧形，包含无限数量的滚筒和 12 个驱动和制动位
BE L TS T A T V 7.0 版本的软件大致总体结构如图 3 置；(4) 从结果窗口快速获取基本变量，如带张力、安 所示。 全系数、绘制程序。错误区域用高亮的红
来显示， 并提醒设计者潜在的设计缺陷；(5) 先进的绘图选项， 快速而易于绘制输送机侧形及张力图，所有图像都可 以定制和剪切/ 粘贴到像 W o r d 、E x c e l 等程序中，还可 以很容易地打印出完
成的报告；(6) 输出窗口，许多结 果窗口具有图形画面，帮助用户能够看到数据。
图 3  BELTSTAT V7.0 软件总体结构
1.3 Sidewinder 软件研究和分析
美国 A C -T e k 公司开发的 Sidewin der  软件，是从 最近使用的软件发展工具和多年的输送机设计经验基 础上发展起来的。
图 2 常用的输送机侧形
1.3.1  Sidewinder 软件功能特征
BEL TS TA T V 7.0 版本增加了一些新的功能如下：
Side win der  软件功能如下：(1) 静态运算； (2) 垂 (1) 输送机快速起始菜单；(2) 带上给料器的设 直转弯应力和带飘起；(3) 水平转弯设计；(4) 带翻转 计；(3) Micr o so ft Wor d 报告文件；(4) 全面可见的输  和过渡；(5) 挠性带动态分析；(6) 输送机控制系统设 送机侧形和垂直面上的曲率半径；(5) 带弯曲应力计算  计；(7) 进料器处带设计；(8) 通过剪切/ 粘贴估计进行 和优化程序；(6) 滚筒轴和轴承设计；(7) 钢绳连接设 地形模拟；(9) 成本估算。
计；(8) 带振动运算和绘图；(9) 自动测量/ 重复运算垂
本软件程序的特征界面和整个模块结构在开始研
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发之前完全分离出来。因为通用的软件包，在将来可
PRO - BE LT  可以运算托辊荷载、带张力、电动 以很容易地被新特征和技术所更新。此程序可以处理 机功率、加速度、线路制动及很多其它要求。现在还 任何地形、长度和驱动配置的输送机。也包括许多优 允许输入专门定制的设计托辊尺寸和特征。 秀特征，如垂直和水平转弯分析、快速的侧形输入、  软件的特征是：(1) 基于 DOS 操作系统，但比 主要部件的自动标注和运算、地形的建模、动力学分 W in do ws 系统程序容易而且快速；(2) 生成驱动和重 析等等。 锤拉紧之间的关系；(3) 允许任何结构甚至非常规的设 动态分析是 Sidewinder Alive 的一个主要部分，
计，如尾部驱动的倾斜输送机或头部驱动的更新输送 它
巧妙地完全融进静态设计的软件包。一个输送机的 机；(4) 设计长度没有限制；(5) 设计比较灵活。 “静
态”设计之后，要经过动态分析。自从静态的和动 1.4.2 软件总体结构
态的合为一个软件包，设计师容易修改部件和重复运  PRO  - B EL T 的软件总体结构如图 5 所示。 行
动态分析。重要的是，动态分析的结果 (带张力、位 置、速度) ，用在以后的水平和垂直转弯、带翻转、托 辊、接合等运算中。
动态分析的功能：(1) 测试和调整起、制动的控 制；(2) 确定瞬态带张力和速度；(3) 预报拉紧时的力
和位置；(4) 模拟虚拟构想的，如 P L C  的故障、可变 的制动力矩、机械设备的故障、功耗等；(5) 模拟驱动 系统，如变频 V F D 、液力耦合器、绕线转子电动机和 软起动等精确的控制算法或机械响应；(6) 自动地报告 产生的静态、动态分析的详细结果。 1.3.2 软件总体结构
Side win der  软件总体结构大致如图 4 所示。
图 5  PRO-BEL T 软件总体结构
2 比较分析结论
2.1 软件的不同点
BELTSTA T 软件不要求输入全部的指
定变量，这是优于很多其他输送机设计程 序的地方。具有很强的内在寻平台和运 算程序，用来自动运算用户未指定的或在 当前未知的变量。另外，B EL  TS TAT  软件 有快速设计功能，给设计带来很大的便 利。版本包括简易版和专业版。运算基于 CEMA 标准。动态分析有一个专用软件叫
图 4 Sidewinder 软件总体结构
BE L TF L EX 。
1.4 PRO - BELT5.0 软件研究和分析
H ELI X    delt a -T 软件有三个不同版本，即简易 美国的 P RO - B E LT 5.0 软件也经历了十多年的发 版、标准版和专业版。简易版、标准版都有设计输送 展，已经在世界范围内得到应用。它的设计计算具有  量的限制，而专业版却没有输送量和驱动装置数量上 极高的准确性，且使用方便。通过给出错误信息来帮  的限制。动态分析模块融进主程序中，结构比较庞 助设计者保持设计数据的准确性。
大。运算采用了是 CE MA 、ISO 和 VISCO 三种标准。 1.4.1 P RO - BE LT5.0 软件的功能及特征
P R O -B E L T  软件基于 D O S  的操作系统，但比Win- PRO - B EL T5.0 软件的新版本加强了动态分析模 do ws 系统的程序容易而且快速，在设计长度上没有限 块，根据需要程序可以将模型划分为若干部分，可分 制。运算采用了 C E MA  标准。
至 24 段之多。程序可以对如起、制动加减速及不同载 Side win der 软件中包含动态分析模块 Side win der  荷等各种工况进行动态分析，给出相应的托辊载荷、 Alive 。自从静态、动态分析合为一个软件包，设计师 输送带张力、滚筒轴的挠度等设计数据。还可以对水 容易修改部件并重复执行动态分析。重要的是，动态 分析的结果 (带张力、位置、速度) ，用在以后的水平 平弯曲段进行准确的动态设计。
和垂直转弯、带翻转、托辊、接合等运算中。运算采
PRO - BELT 是一个由四个计算机程序组成的软
用了 C EMA 、DIN 标准。软件支持多国语言。
件包，其中包括两个输送机程序，一是常规的平面输 送或上运输送机，二是非常规的下运更新输送机。
可
2.2 软件的共同点 用来进行输送机、滚筒轴和给料器的带的设计。它的  上述软件都有强大的动态分析功能，即能够模拟 公制版本在世界范围内得到应用。
起制动时各种工况的瞬态带张力、带速、拉紧行程
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等。也都有水平、垂直转弯的输送机运算。运算时的单位
(3) 运行B E L T S T A T  进行运算，运算结果显示如图
8 包括英制和公制。 所示；
除上述的几个软件以外，还有很多出的软件，
(4) 观察 BE L TS T A T 的结果，如图 9 所示； 如 Mine  Conv eyor 、W IN B E LT  软件等。软件开发不断  地推陈出新，出现很多新的功能，为设计大型、高 速、高生产率的输送机及特种输送机奠定了基础，也 为软件的推广和使用带来极大的便利。
3 设计例子
输送灰烬 (A SH ) 物料，输送量为 888 t / h ，带宽为 1 000 m m ，带速为 4 m / s ，环境条件脏， 维修保养条 件差，温度范围：-20～40℃，承载侧允许垂度 1.0%。 托辊：承载段 3 个托辊成槽角为 35°，上托辊间 距为 1.5 m ，回程段 1 个平辊间距为 3 m  ；重锤拉紧 在头部。输送机侧形如图 6 所示。
图 9  有关电动机的数据
(5) 按照需要修改输入参数，且重复步骤 2 ~ 4。图
图 6 输送机侧形
10 为输送带张力图。
利用BE LTS TAT  V 6 软件，其设计步骤如下：
(1)  打开新文件，输入已知参数，用户输入的输 送带侧形输入画面如图 7 所示；
(2) 根据每一输入窗口提示，确定所有输入参数；
图 10  输送带张力图 参  考  文  献
1 Helix Technologies Pty Ltd. HELIX delta-T f or WINDOWS-Profes-
图 7  输送带侧形输入画面
sional Version 5. http: //www. helixtech. au /，2007
2 conveyor dynamics inc. Designers of  Belt Conveyor Systems. http: //
www. c onveyor -dynamics/ beltstat/，2006(1)
3 Professional Designers & Engineers, Inc. Pro-belt moves mountains.
http: // probelt/，2006
4 Advanced Conveyor Technologies Inc, Advanced Conveyor Tech-
nologies Global leaders in Conveyor Design and Technology. http: // www.ac-tek/，2006□
(收稿日期：2007-05-11) (修改稿日期：2007-07-30)
图 8  运行结果窗口
oper atin g with load, the vibrat ion load decr eased 85% ~ 90% as some o bject iv e cause, an d  ener gy  co uld  be sav ed  20 % above. Case-based reasoning  (CBR) is a kind of technique to handle uncertain and complicated problem in artificial intelligent field. On the basis of deep study to CBR technique, the paper offered CBR technique about its technical scheme for solving the systematic structure, case exhibition, calculation for similar degree, case lookup and maintenance etc. key problem while CBR applied to equipment malfunction diagnosis, which offered technical means for equipment malfunction diagnosis. The techniques offered in this paper had been applied to practice of equip- ment malfunction diagnosis and better effect achieved.【Descriptors 】
Malfunction diagnosis  Case-based reasoning  Technique
Study to Basic Regulating Unit of Stepless Gearbox with Noncircular Gears …...............................................ZHANG  Rui et al.(113-116) According to the lack of systematic analysis on constructing stepless gearbox with noncircular gears, the paper offered two kinds of stepless gearbox unit with noncircular gear, which are addition unit with dif- ferential mechanism and multiplication unit with fixed gear train. It also studied the noncircular gear pair of each unit about their design- ing app roach, tr ansm ission  ratio  r elat ionsh ip  and rotation angle relationship, introduced the composing strategies of each unit on con- structing  stepless gearbox, several application examples of noncircular gear pair with each unit and their manipulation technique were intro- duced in addition.【Descriptors 】Noncircular gear  Stepless gear- box  Fixed gear train  Differential mechanism
【Descr iptors 】Dampin g centrif ugal v ibration mill Industrial application
Theory st udy
Feasibility Concentrate
Flotation ……...................................................WANG  Jirui(95-97) That the success application of plate filter on flotation of bauxite concentrate solves the urgent industrial problem, which must appeal to solid and liquid separation industry and boost the development of national non-ferrous metal industry, and offers the technical storage for  dev elop ment  of  h u ge  scale  an d  h o m em ade  p late  f i  l  t  e r. 【Descriptors 】Plat e filter  Ceramic filter  Flotation of bauxite con- centrate  Water content of filted cake  Output of filter
Numerical Simulation to T hree-Dimensional Flow Field in Annular Space of Cyclone ……......................ZHANG  Hongbo et al.(97-100) The modified Reynolds Stress Model was selected and incorporated  into the platform of FLUENT to simulate the flow field distribution of three-dimensional strong swirl in annular space of cyclone and espe- cially analyzed  the distribution characteristic of flow field in annular space. Simulative value with modified Reynolds Stress Model ac- corded with the experimental results, which revealed that the modi- fied RSM was suitable to forecast the distribution of flow field in annular space. The results shows that the gas-phase flow field is asym- metric in annular space, and short circuit flow is formed around the gas inlet of cyclone.【Descriptors 】Cyclone for
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s to characteristic and law of present colliery accidents, the paper constructed the appraisement index sys- tem for colliery disaster with gas accident, flood accident, roof accident, smut accident, electromechanical conveyance equipment accident, fire accident and  blast accident serving  as appraisement factors. Hierarchi- cal analysis approach was applied to determine reasonable weight of each accident factors in the appraisement index system, and compre- hensive comparison approach given in this paper was applied  to deter- mine safety grade of mine, which makes appraisement result more scientific and accurat e.【Descriptors 】Accident  Appraisement  In- dex  Hierarchical analysis approach
Green Design and Its Application in DWX Suspension Hydraulic Prop …..................................................XIE  Fangwei et al.(132-134) The paper introduced green design abo ut its basic concept, character- istic and law, and applied the idea of green design to guide the design of DWX suspension hydraulic prop, thus the prop quality enhanced, resource was saved, life safety of miners were ensured, and green  environment protection was achieved. Finally, it indicated that the green colliery m ach inery will become the m ain stream of colliery mach niery.【Descriptors 】Green design  Suspension hydraulic prop Design idea  Colliery machinery
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.................................PU  Xianglan et al.(101-104) The paper studied an d analyzed foreign typical dynamic analy sis softwares for belt conveyor, mainly introduced the softwares about their structure, characteristic and major function, and compared  se- veral softwares on characteristic, which offered reference for devel- op in g  natio nal  dynam ic  an aly sis  so ft war e  for  belt  conveyo r s. 【Descriptors 】Belt conveyor  Dynamic analysis  Software
Study and Application of Malfunction Diagnosis for Bearing in Slurry Pump …......................................SU  Minghui et al.(105-106) The paper introduced the structural characteristic of bearing compo- nent in slurry pump, both simple diagnosis and precise diagnosis were applied, and the combinated approach proved effective and exact on diagnosin g the malfunction of rolling bearing by spot application
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By separate analysis to the design based on cost and the design bsed on assem bly, the paper offered the conceptional model for the design based on assembly cost. And with the study to approach for estimate product assembly cost, it presented the strategy for estimating product assem bly and the design princip le for reducing the assembly cost. 【Descripto rs 】Assembly  Cost  Estimation  Model
A Kind of Cased-Based Reasoning T echnique for Malfunction  Diagnosis …..................................................YI  Jing et al.(109-111)

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