Vibrations de torsion longitudinales du système d'entraînement par chaîne du convoyeur de raclage de mine

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 9174 (2023) Citer cet article

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Pour analyser en profondeur les caractéristiques dynamiques du convoyeur à raclettes pendant le fonctionnement, les caractéristiques mécaniques des modes vibratoires longitudinaux et torsionnels couplés sous excitation par le chargement de la cargaison sont étudiées. Sur la base du modèle Kelvin‒Voigt et de la méthode de tension point par point, un modèle des vibrations longitudinales et de torsion couplées du système d'entraînement de la chaîne de raclage est établi. Ensuite, le programme fonctionnel est construit et la simulation numérique est effectuée. Enfin, la justesse du modèle est vérifiée par comparaison avec des expériences. Les résultats de la recherche révèlent les caractéristiques de vibration de torsion du système d'entraînement par chaîne du racleur dans deux conditions de travail différentes, charge légère et charge moyenne, et déterminent la zone d'influence de la vibration de torsion du racleur. Les résultats de cette analyse fournissent une base théorique pour l'optimisation ultérieure des paramètres du racleur, la prédiction de la défaillance du système d'entraînement de la chaîne du racleur et le calcul pour donner un avertissement précoce avant qu'une défaillance ne se produise.

En raison de ses caractéristiques structurelles, le convoyeur à raclettes peut être considéré comme une structure continue couplée rigide et flexible. Le fonctionnement de l'équipement s'accompagne souvent de vibrations pendulaires longitudinales et de torsion correspondantes. En raison de l'environnement de travail difficile et de l'impact du cisaillement de la grosse roche de charbon1,2,3, la chaîne se coince sous la charge d'impact et cesse de fonctionner ou même se casse dans les cas graves4,5,6.

À l'heure actuelle, certains chercheurs ont effectué des recherches sur les caractéristiques dynamiques du couplage rigide et flexible des convoyeurs à raclettes. Dolipsk et al.7 ont établi un modèle dynamique de l'état de charge non uniforme d'un convoyeur à raclettes et ont effectué des simulations informatiques et une analyse de la charge de travail d'un convoyeur longue distance. Shuhuan et al.8 ont étudié l'influence du changement de charge sur les caractéristiques dynamiques du convoyeur à raclettes. Nie et al.9 ont utilisé plusieurs éléments finis fixes dans l'espace pour simuler le système d'entraînement par chaîne, ont inclus la distribution et la forme de mouvement de la charge de la cargaison et ont résolu les caractéristiques dynamiques de chaque élément par la méthode d'Euler. Zhang et al.10 ont analysé le changement de tension de la chaîne du convoyeur à l'aide d'une simulation ADAMS, d'une simulation numérique et d'un observateur d'état. Lianhang et al.11 ont établi un modèle mécanique de la flexion latérale d'une section d'un convoyeur à raclettes et ont calculé les paramètres de la section de flexion horizontale de l'auge centrale et leur relation. Jun12 a étudié le comportement dynamique de la fluctuation longitudinale du convoyeur à raclettes et a établi un modèle dynamique par éléments finis. Xiufang13 a dérivé l'équation de vibration et une formule analytique pour les convoyeurs à raclettes sous différents modes de conduite et de transport et a résolu l'équation de vibration par discrétisation. Sur la base du mécanisme de la résistance d'une chaîne fonctionnant dans des conditions extrêmes, Li et al.14 ont dérivé une formule pour la résistance de la chaîne en cours de fonctionnement. Zhang et al.15 ont introduit une méthode pour estimer la distribution de tension du système d'entraînement de la chaîne de raclage, ont établi un modèle mathématique du système d'entraînement de la chaîne en anneau et ont vérifié les performances du modèle dynamique avec le modèle résolu par la fonction MATLAB. Dongsheng et al.16 ont effectué des simulations et des recherches expérimentales sur les caractéristiques dynamiques de démarrage et de freinage du convoyeur à raclettes. Yao17 a analysé les caractéristiques dynamiques et la méthode de contrôle intelligente du système d'entraînement du convoyeur à raclettes lourdes. Wei18 a analysé les dommages causés par le changement de tension de la chaîne du convoyeur à raclettes et a proposé une méthode de surveillance.

Dans l'analyse des caractéristiques dynamiques dans des conditions de faille, Miao et al.19 ont établi une équation générale pour la fluctuation longitudinale de la chaîne, déterminé les conditions aux limites et à la valeur initiale et résolu analytiquement le modèle mathématique. Le logiciel MATLAB a été utilisé pour simuler les problèmes dynamiques du convoyeur à raclettes dans des conditions de démarrage direct et de rupture de chaîne. Jiang et al.20 ont étudié les caractéristiques dynamiques d'un convoyeur à raclettes en mesurant les signaux de vibration de l'arbre de sortie du réducteur du convoyeur à raclettes pour différentes vitesses de chaîne, terrains et conditions de charge. Dongsheng et al.21 ont utilisé des simulations numériques pour étudier la transmission d'engrènement du pignon et de la chaîne d'un convoyeur à raclettes. Ils ont également analysé les caractéristiques vibratoires de l'effet polygone de la chaîne du convoyeur à raclettes dans deux conditions de travail, avec et sans chargement.

En résumé, les chercheurs nationaux et étrangers ont obtenu des résultats fructueux dans l'étude des caractéristiques dynamiques des convoyeurs à raclettes. Cependant, du point de vue du contenu de la recherche, seuls quelques maillons de chaîne sont pris en compte dans la simulation dynamique par le logiciel ADAMS, ainsi l'état de fluctuation de tension de l'ensemble de la machine ne peut pas être bien reflété. La simulation numérique n'a pas considéré une série de vibrations de torsion causées par la force inégale de la double chaîne. Ainsi, la simulation n'a pas pu refléter pleinement les caractéristiques dynamiques de l'ensemble de la machine dans de multiples conditions de travail et charges d'impact.

Compte tenu des limites des recherches antérieures, cette étude applique le modèle Kelvin‒Voigt et la méthode de tension point par point pour établir un modèle de couplage des vibrations longitudinales et de torsion d'un convoyeur à raclettes. Cette recherche considère la force inégale des chaînes doubles dans des conditions d'excitation telles qu'un changement de charge soudain, et les résultats révèlent les caractéristiques mécaniques des vibrations longitudinales et de torsion du système d'entraînement de la chaîne de raclage.

Les convoyeurs à raclettes sont les principaux composants des équipements miniers entièrement mécanisés. Un convoyeur à raclettes est un système dynamique multi-corps complexe et hautement couplé. Le principe de fonctionnement consiste à utiliser l'auge centrale et le système d'entraînement par chaîne pour transporter le charbon. Un moteur d'entraînement propulse le pignon en rotation. La chaîne est en prise avec le pignon. Le racleur est fixé sur une chaîne comme élément de traction. Comme le montre la figure 1, le convoyeur à raclettes est principalement composé du moteur d'entraînement, de l'auge centrale, du pignon, de la raclette et de la chaîne.

Modèle mécanique de la vibration d'un pendule de torsion et diagramme d'effort de raclage.

Le modèle Kelvin‒Voigt et la méthode de tension point par point sont utilisés pour établir un modèle et analyser la vibration de torsion du système d'entraînement de la chaîne de raclage. La masse de la chaîne est répartie sur le racleur. Le modèle mécanique de la vibration du pendule de torsion du racleur et du système d'entraînement par chaîne et la force du racleur sont illustrés à la Fig. 2, et son tableau annoté variable est illustré au Tableau 1.

Modèle mécanique de la vibration du pendule de torsion et diagramme de la force du racleur.

L'équation différentielle du mouvement est établie pour le ième racleur :

où

L'équation dynamique et l'équation d'état sont établies. C'est-à-dire que le sous-programme de fonction est construit pour l'équation dynamique établie ci-dessus afin de réaliser le prétraitement de l'analyse dynamique. La coordonnée de translation x(i) et la coordonnée de rotation θ(i) sont exprimées par x(i). La coordonnée généralisée x(i) est pratique pour résoudre l'équation. La fonction d'état de l'équation dynamique ci-dessus est :

où

où f est le coefficient de frottement entre le racleur et l'auge médiane ; h est la distance entre la position de tension et le centre du racleur ; et v0 est la vitesse initiale en fonctionnement stable. Pour la tension F(i, 1) et F(i, 2) dans l'Eq. (2), elles sont la somme de leur tension statique et de leur tension dynamique. F(i, 1) = Fd(i, 1) + Fj(i, 1), F(i, 2) = Fd(i, 2) + Fj(i, 2). En général, Fj(i, 1) et Fj(i, 2) sont des valeurs fixes. Si la chaîne n'est pas pré-tendue avant le démarrage, alors F(i, 1) = Fd(i, 1), F(i, 2) = Fd(i, 2). Les modèles mécaniques des tensions dynamiques Fd(i, 1) et Fd(i, 2) ont été décrits dans la Figure 2. Les Eqs. (3), (4), (5) et (6) sont les équations de calcul de la tension dynamique Fd(i, 1) et Fd(i, 2) respectivement.

Lorsque l'on considère l'amortissement, le calcul de \(F_{cd(i,1)}\) et \(F_{cd(i,2)}\) est :

Pour éviter que la chaîne ne se comprime, la condition suivante est nécessaire :

Autrement dit, lorsque la tension de la chaîne est négative, la rigidité de la chaîne est nulle.

Pour établir un modèle dynamique des modes couplés longitudinal-torsionnel du convoyeur à raclettes, les hypothèses suivantes sont nécessaires :

L'influence de la tension dynamique des pignons avant et arrière est ignorée.

La masse de chaque racleur est la somme de la masse du racleur et de la chaîne du tronçon de liaison et uniformément répartie sur chaque branche.

L'inertie de rotation du racleur est la somme de l'inertie de rotation automatique du racleur et de l'inertie de rotation de la chaîne.

En utilisant la méthode des éléments finis, le système de transmission à double chaîne du groupe racleur est divisé en plusieurs segments. Le modèle Kelvin – Voigt est utilisé pour connecter les segments, puis les connecter au système d'entraînement à double extrémité tête-queue pour construire un modèle dynamique discret des modes de torsion longitudinale couplés du système d'entraînement à chaîne de raclage, comme illustré à la Fig. 3. Son tableau annoté variable est présenté dans le tableau 2.

Modèle dynamique discret des modes de torsion longitudinaux couplés du système d'entraînement de la chaîne de raclage.

Selon le modèle dynamique discret des modes couplés longitudinal-torsion du système d'entraînement à chaîne de raclage illustré à la Fig. 3, l'équation suivante. (8) est établie.

où

Les conditions de défaillance telles que le processus de chargement du matériau et la rupture de la chaîne entraînent des fluctuations de la vitesse de fonctionnement du système d'entraînement de la chaîne du racleur, des vibrations de torsion du racleur et de la tension de la chaîne avant et après le racleur. Dans le processus de vibration pendulaire de torsion du racleur, si chaque racleur et sa chaîne de connexion sont considérés comme une unité, cela rendra le modèle difficile à résoudre. Par conséquent, la détermination du nombre maximal de racleurs d'unités de vibration à pendule de torsion dans différentes sections le long du convoyeur est la clé pour réaliser la solution numérique du modèle.

Dans son état de fonctionnement normal, la machine à gratter fonctionne à plat et il n'y a pas de défaillance, telle que le blocage et la rupture de la chaîne. La principale raison affectant la vibration de torsion longitudinale du système d'entraînement de la chaîne de raclage est l'excitation par la charge de chargement. Dans cette section, l'atténuation de l'onde de contrainte de vibration de torsion du système d'entraînement de la chaîne de raclage sous une charge légère et une charge moyenne est simulée pour une charge de chargement changeante.

Le charbon est coupé par le tambour en spirale de la cisaille et chargé sur le convoyeur à raclettes. Pour le système d'entraînement par chaîne du racleur, cela équivaut à une charge soudaine12. Etant donné que la répartition du charbon dans le sens de la chaîne brisée du convoyeur à raclettes est initialement inégale, cela provoque le décalage de la charge de la raclette et de la chaîne.

Le nombre de racleurs dans le système d'entraînement de la chaîne de racleurs est sélectionné comme n = 30. La chaîne de simulation est interrompue au 15e racleur, i = 15. La charge sur le convoyeur de racleurs affecte directement sa résistance à la marche. Un schéma de la résistance au frottement de la chaîne en marche est illustré à la Fig. 4.

Croquis de la résistance au frottement de la chaîne en marche.

La formule de simulation numérique de la résistance à la marche de la section unitaire est la suivante22 :

où hu est la hauteur du matériau en vrac de charbon directement au-dessus de la chaîne, et u = 1 et 2 pour la première chaîne et la deuxième chaîne, respectivement. γ2 est la masse par unité de longueur de la chaîne de raclage, kg/m. B1 est l'entraxe de la chaîne, m. r est le diamètre de la chaîne en anneau, m. s est la distance entre deux racleurs adjacents, m. La résistance à la marche d'une section unitaire simplifiée est appliquée sous forme de pas de charge au 15e racleur du modèle. Dans cet article, le convoyeur à raclettes SGZ1000/1050 est pris comme objet de recherche. Les principaux paramètres du modèle de simulation des caractéristiques dynamiques sont présentés dans le Tableau 3. Les modèles d'analyse des conditions de charge légère et de charge moyenne sont présentés dans les Fig. 5 et 6. Les caractéristiques d'atténuation de l'onde de contrainte de vibration de torsion de l'ensemble du système d'entraînement de la chaîne de raclage sont résolues numériquement. Les résultats de la simulation sont présentés dans les Fig. 7 et 8.

Condition de charge légère.

Condition de charge moyenne.

Réponse vibratoire d'un pendule de torsion du groupe racleur dans des conditions de faible charge.

Réponse vibratoire d'un pendule de torsion du groupe racleur dans des conditions de charge moyenne.

Comme le montre la figure 7, la différence relative entre le 20e racleur devant le point d'excitation et le 10e racleur à l'arrière est inférieure à 0,5 %. Ainsi, la zone affectée par les vibrations du pendule de torsion dans de telles conditions est considérée comme étant [i - 5, i + 5]. Comme le montre la figure 8, dans des conditions de charge moyenne, l'atténuation de l'indice d'évaluation de l'onde de contrainte du pendule de torsion pour le 19e racleur devant le point d'excitation et celle du 11e racleur derrière celui-ci sont inférieures à 0,5 %. De plus, la zone d'influence de la vibration du pendule de torsion dans cette condition est considérée comme étant [i - 4, i + 4], où i représente l'excitation appliquée au ième racleur. Dans les recherches ultérieures sur la vibration du pendule de torsion du convoyeur à raclettes, la raclette dans la zone affectée peut être considérée comme un tout. Le racleur restant n'est pas affecté par l'excitation vibratoire du pendule de torsion et peut être divisé en plusieurs unités en moyenne pour simplifier le modèle dynamique de la machine. En conclusion, l'oscillation de torsion du système d'entraînement de la chaîne de raclage est plus évidente sous la charge légère que sous la charge moyenne. Autrement dit, la zone d'influence est plus grande et le modèle équivalent établi contient plus de racleurs.

Grâce à la simulation numérique, la vitesse de vibration et la fluctuation de tension de chaque section unitaire du convoyeur à raclettes et la vibration de torsion de chaque raclette dans la section unitaire de l'excitation de vibration de torsion sont obtenues. L'excitation de charge est appliquée au milieu du convoyeur à raclettes, en supposant qu'il n'y a pas de matériau sur le convoyeur à raclettes avant l'excitation de charge. Les fluctuations de vitesse et les fluctuations de tension de chaque section de l'unité sont illustrées à la Fig. 9.

Fluctuations de vitesse et fluctuations de tension de la section de l'unité sous excitation de la charge de la cargaison.

Dans la section de l'excité par la charge d'impact, la vitesse angulaire de vibration de torsion de chaque chaîne est illustrée à la Fig. 10.

La vitesse angulaire de la vibration de torsion de la section de l'unité sous l'excitation de la charge de la cargaison.

Selon des recherches antérieures, les cinq racleurs avant et après l'excitation de chargement sont la zone influencée par la vibration du pendule de torsion, et il y a donc 10 racleurs dans la section excitée. Les résultats de la simulation montrent que l'excitation de la charge de la cargaison provoque des vibrations longitudinales du convoyeur à raclettes, entraînant des fluctuations de la vitesse de fonctionnement et de la tension de la chaîne. Les fluctuations les plus violentes de la vitesse de fonctionnement du racleur et de la tension de la chaîne se produisent là où l'excitation de la charge de la cargaison est appliquée, provoquant une fluctuation de vitesse maximale de 119,5 % et une fluctuation de tension de 78,6 %. L'excitation de charge de cargaison dans la section de l'unité d'excitation de charge de cargaison provoque une vibration de torsion du système d'entraînement de chaîne de raclage, entraînant une fluctuation de la différence de tension entre les deux chaînes dans le système d'entraînement de chaîne de raclage. Le pourcentage maximal de différence de tension entre la chaîne 1 et la chaîne 2 est de 8,6 %. Des recherches plus poussées montrent que le processus de chargement du matériau provoque une légère vibration de torsion du système d'entraînement de la chaîne de raclage, et la vibration de torsion est plus évidente lorsqu'il n'y a initialement pas de matériau dans la section du système d'entraînement de la chaîne de raclage.

Dans cette étude, des expériences sont réalisées dans le Centre de R & D (expérimental) de l'Administration nationale de l'énergie. Cette étude s'appuie sur la plate-forme de test simulée d'un équipement minier entièrement mécanisé qui a été construit conjointement par notre école et China Coal Equipment Company. Les caractéristiques de vibration de torsion du convoyeur à raclettes sont étudiées expérimentalement. Le schéma de la structure globale est illustré à la Fig. 11.

Schéma de structure globale du système expérimental de surveillance de la tension de la chaîne.

Pour tester la contrainte et la déformation de la chaîne dans le processus de vibration de torsion du système d'entraînement de la chaîne de raclage dans différentes conditions de travail, un dispositif de test de contrainte et de déformation pour l'anneau de chaîne est installé dans la plate-forme expérimentale. Lorsque le convoyeur à raclettes fonctionne, le test de force de la chaîne comprend principalement la fluctuation de tension dynamique de la chaîne dans différentes conditions de travail et le changement de la valeur de tension. Pour le contrôle, la jauge de contrainte est fixée à la chaîne à anneau plat de la chaîne. La figure 12a montre la méthode d'installation de la jauge de contrainte. Pour que le grattoir et le maillage de l'anneau de chaîne soient plus précis, la jauge de contrainte est fixée sur le côté extérieur de l'anneau de chaîne plat de fraisage et une protection est nécessaire. Le module d'acquisition de données sans fil est placé dans le racleur et connecté à la jauge de contrainte22. La valeur changeante de la jauge de contrainte est collectée en temps réel, comme le montre la figure 12b.

Schéma de principe de l'installation de la jauge de contrainte et de l'anneau sur le système d'acquisition et de transmission des données.

La tension de la chaîne et les vibrations du racleur pendant le fonctionnement du convoyeur à racleur sont mesurées à l'aide de la plate-forme expérimentale. Dans cet article, seule la tension de la chaîne du convoyeur à raclettes dans des conditions normales de transport de matériaux est testée et analysée.

Avant le test, les données mesurées par chaque capteur doivent être calibrées et la formule de calcul de charge est obtenue en ajustant la valeur de déformation. L'étalonnage des données est effectué pour les capteurs de tension de plateau numérotés C1 et C2. Des charges nominales de 400 kN, 600 kN et 800 kN sont appliquées au plateau à l'aide de l'équipement de chargement. Les données de microdéformation mesurées sont présentées dans le tableau 4.

En ajustant la valeur de charge et les données de microdéformation, l'étalonnage du capteur est terminé et la relation entre la force de la chaîne et la microdéformation mesurée par le capteur est obtenue,

où CHC1 est la microdéformation mesurée par le capteur n° C1, et FC1 est la valeur de charge correspondant à la déformation, kN.

où CHC2 est la microdéformation mesurée par le capteur n° C1, et FC1 est la valeur de charge correspondant à la déformation, kN.

Le capteur de tension de chaîne calibré a été utilisé pour tester la tension de la chaîne dans des conditions de charge légère et moyenne. Le site d'essai des conditions de charge légère et moyenne est illustré à la Fig. 13.

Test sur site des conditions de charge légère et moyenne.

Lors de la réalisation de plusieurs tests de charge légère, les courbes de microdéformation et de tension convertie des capteurs de tension de chaîne C1 et C2 sont collectées, comme illustré à la Fig. 14. Le capteur C1 est installé dans l'anneau de chaîne près du côté de la paroi du charbon, et le Le capteur C2 est installé dans l'anneau de chaîne près du côté du déflecteur de charbon.

Acquisition des données du capteur de tension de chaîne dans des conditions de faible charge.

Les données de huit tests sont collectées lorsque le racleur du capteur tourne dans différentes positions. Le premier point d'acquisition de données de test est le plus proche de la queue et le huitième point d'acquisition de données de test est le plus proche du nez. Le tableau 5 montre que la tension de chaîne mesurée par le capteur lors des huit tests augmente progressivement. Les données expérimentales sont comparées aux données d'analyse théoriques de la Fig. 15.

Comparaison des tensions de chaîne théoriques et expérimentales dans des conditions de faible charge.

Lors de chaque acquisition de données, la valeur moyenne de la différence entre l'anneau de chaîne latérale près de la paroi du charbon et l'anneau de chaîne latérale près de la chicane de charbon est de 21,4 kN, et la valeur extrême est de 27,9 kN. La valeur moyenne de la différence de tension entre l'anneau de chaîne latéral près de la paroi du charbon et l'anneau de chaîne latéral près du déflecteur de charbon est de 19,2 kN, et la valeur extrême est de 23,2 kN. Il y a 11,3% et 16,8% d'erreurs entre les résultats expérimentaux et théoriques. La tension de la chaîne subit de nombreuses fluctuations de tension sévères pendant la période d'acquisition des données. La raison principale est que le racleur rencontre de gros matériaux ou entre en collision avec l'auge centrale pendant le fonctionnement, ce qui augmente la charge unilatérale du racleur et provoque des vibrations de torsion du racleur.

Les courbes de microdéformation et de tension convertie des capteurs de tension de plateau C1 et C2 sont collectées au cours de plusieurs tests de condition de charge moyenne, comme illustré à la Fig. 16.

Acquisition des données du capteur de tension de chaîne dans des conditions de charge moyenne.

Les données des huit tests dans des conditions de charge moyenne sont similaires aux données des huit tests dans des conditions de charge légère. Les données sont collectées lorsque le racleur installé avec le capteur passe à différentes positions. Le premier point d'acquisition de données de test est le plus proche de la queue de la machine et le huitième point d'acquisition de données de test est le plus proche de la tête. Le tableau 5 montre que la tension de chaîne mesurée par le capteur dans les huit données de test augmente progressivement. Parce que plus de charbon est poussé par le racleur sous la charge moyenne que dans la condition de charge légère, la valeur de tension de chaîne détectée par le capteur de tension de chaîne des deux côtés du racleur est supérieure à celle dans la condition de charge légère. Les données d'analyse théoriques sont comparées aux données expérimentales de la Fig. 17.

Dans des conditions de charge moyenne, l'analyse théorique de la tension de la chaîne est comparée aux données de test.

Lors de chaque acquisition de données, la valeur moyenne de la différence entre l'anneau de chaîne latérale près de la paroi du charbon et l'anneau de chaîne latérale près de la chicane de charbon est de 26,5 kN, et la valeur extrême est de 32,3 kN. La valeur moyenne de la différence de tension entre l'anneau de chaîne latéral près de la paroi du charbon et l'anneau de chaîne latéral près du déflecteur de charbon est de 23,1 kN, et la valeur extrême est de 29,4 kN. Il y a 13,8% et 10,3% d'erreurs entre les résultats expérimentaux et les résultats d'analyse théoriques. De plus, les données du test de tension de la chaîne montrent que la tension de la chaîne subit de nombreuses fluctuations importantes pendant la période d'acquisition des données. La raison principale est que le racleur rencontre de gros matériaux ou entre en collision avec l'auge centrale pendant le fonctionnement, ce qui augmente la charge unilatérale du racleur et lui fait subir des vibrations de torsion.

En raison des limites de divers facteurs, la recherche expérimentale ne correspond pas pleinement aux diverses conditions de travail dans la recherche théorique. Il y a aussi quelques erreurs entre les résultats expérimentaux et théoriques, mais les deux ont la même tendance. Les caractéristiques de vibration de torsion du système d'entraînement de la chaîne de raclage du convoyeur à raclette dans diverses conditions de travail et l'influence de la vibration du pendule de torsion sur la charge de l'anneau de chaîne peuvent être analysées par la théorie et la simulation, ce qui fournit la base pour la prédiction ultérieure de durée de vie de la chaîne et calcul des coefficients de sécurité.

Dans cette étude, le modèle de Kelvin-Voigt et la méthode de tension point par point ont été utilisés pour établir un modèle mécanique des vibrations longitudinales et de torsion couplées du système d'entraînement de la chaîne de raclage. Les caractéristiques de vibration longitudinale et de torsion du système d'entraînement de la chaîne de raclage sous différentes excitations de charge ont été étudiées par simulation numérique combinée à une vérification expérimentale sur le terrain. Dans des conditions de faible charge, la zone d'influence des vibrations de torsion allait de la section 5 devant le point d'excitation à la section 5 derrière le point d'excitation. Dans des conditions de charge moyenne, la zone d'influence des vibrations de torsion allait de la section 4 devant le point d'excitation à la section 4 derrière le point d'excitation.

Les résultats de la recherche ont montré que l'excitation par la charge de la cargaison provoquait des vibrations longitudinales du convoyeur à raclettes, entraînant des fluctuations de la vitesse de fonctionnement et de la tension de la chaîne. Les fluctuations les plus violentes de la vitesse de fonctionnement du racleur et de la tension de la chaîne résultaient de l'application de l'excitation de la charge de la cargaison, qui provoquait une fluctuation de vitesse maximale de 119,5 % et une fluctuation de tension maximale de 78,6 %. L'excitation d'une section par la cargaison a provoqué des vibrations de torsion de cette section du système d'entraînement de la chaîne de raclage, entraînant des fluctuations de la différence de tension entre les deux chaînes du système d'entraînement de la chaîne de raclage. Le pourcentage maximal de différence de tension entre la chaîne 1 et la chaîne 2 était de 8,6 %. Des recherches plus poussées ont montré que le processus de chargement de la cargaison provoquait une légère vibration de torsion du système d'entraînement de la chaîne de raclage, et la vibration de torsion était plus évidente lorsqu'il n'y avait initialement pas de cargaison.

Toutes les données générées ou analysées au cours de cette étude sont incluses dans cet article publié [et ses fichiers d'informations supplémentaires].

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Le financement a été fourni par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (51774162).

École de génie mécanique, Université technique du Liaoning, Fuxin, 123000, Liaoning, Chine

Jinnan Lu, Runkun Yang, Jun Mao et Chunxue Xie

Université de technologie de Fuxin Institut de recherche technologique sur l'intelligence artificielle et l'industrie des équipements, Fuxin, 123000, Liaoning, Chine

Runkun Yang

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JL est principalement responsable de la création d'idées, de la structure, de l'établissement de modèles théoriques, de l'analyse des résultats et de la rédaction du manuscrit. RY et JM sont principalement responsables de la résolution du modèle théorique du manuscrit. JM et CX sont principalement responsables du soutien financier de la partie expérimentale du manuscrit et de la connexion du site expérimental. RY est principalement responsable de la traduction et du peaufinage de certains contenus du manuscrit.

Correspondance à Runkun Yang.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Lu, J., Yang, R., Mao, J. et al. Vibrations de torsion longitudinales du système d'entraînement par chaîne du convoyeur de raclage de mine. Sci Rep 13, 9174 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-36357-0

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Reçu : 24 février 2023

Accepté : 01 juin 2023

Publié: 06 juin 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-36357-0

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