1.一种轮轨型带式输送机动力学特性仿真方法，其特征在于，所述轮轨型带式输送机包括托车轨道、回转轮、托车装置、驱动装置、输送带及张紧装置，所述回转轮与托车轨道组成闭合循环结构，且回转轮设置在托车轨道首尾两端，托车装置的数量为多个，且由驱动装置带动并在托车轨道及回转轮上移动，所述托车装置包括车体及车体前后两端分别转动连接的前轮及后轮；定义两个回转轮之间上侧托车轨道为承载段、下侧托车轨道为回程段，输送带在承载段与回程段处设置在托车装置上并与托车装置同步移动；

定义垂直于承载段输送带带面向下的方向为垂向，车体沿托车轨道的移动方向为纵向；

轮轨型带式输送机动力学特性仿真方法包括以下步骤：S1.假设托车仅在垂向上发生振动，驱动装置对托车的作用力始终沿纵向；假设各托车装置为独立单元，输送带对应托车装置定义为独立单元，各独立单元的质量分别集中在质心；将各独立单元的输送带简化为弹簧和阻尼器，其中弹簧为理想线性弹簧，阻尼器为理想粘性阻尼；

S2.基于Kelvin‑Voigt模型建立输送带独立单元动力学模型；

S3.对托车装置建立力学平衡方程，根据哈密顿原理建立车体垂向位移方程和车体俯仰位移方程，进而得到托车装置独立单元的线性二阶微分方程；

S4.对张紧装置建立力学平衡方程，结合与张紧装置相邻的2个输送带的独立单元，根据欧拉‑拉格朗日方程建立张紧装置的动力学模型；

S5.建立驱动装置动力学模型；

S6.结合S2及S5的数学模型，建立输送带的整体动力学模型；

S7.确定步骤S6中动力学模型的动力学参数，所述动力学参数包括质量、刚度、阻尼及外力；

S8.设定步骤S6中动力学模型的初始条件及边界条件；

S9.使用数值计算软件编译计算程序，仿真模拟输送带匀速运行时在承载段处的振动情况及经过轨道缝隙处的振动情况；

步骤S2为，

沿带芯宽度方向建立带芯材料与钢丝绳间隔设置的本构模型，进而建立输送带独立单元平衡方程（2‑1）

其中 为输送带整体所受应力， 为钢丝绳所受应力， 为上覆盖层及下覆盖层所受应力， 为输送带整体的应变， 为钢丝绳的应变， 为上覆盖层及下覆盖层所受应力，为单根钢丝绳占整个输送带的体积系数； 为钢丝绳的弹性模量， 为上覆盖层及下覆盖层的弹性模量， 为Riemann‑Liouville分数阶导数算子，将式（2‑1）整理得到

（2‑2）

视输送带挠度引起的输送带刚度刚度和输送带阻尼变化恒定，且分别为输送带刚度和输送带阻尼的 倍，则可以假设（2‑3）

基于式（2‑3）建立新的本构方程（2‑4）

对式（2‑2）进行傅里叶积分可得（2‑5）

式（2‑5）中复模量为

（2‑6）

由于 ，其中 为存储模量， 为损耗模量，损耗因子，可知

（2‑7）

（2‑8）

（2‑9）

根据损耗因子c与阻尼的近似关系可得（2‑10）

根据有限元分析方法，将输送带每个独立单元分别视为一个粘弹性体，对输送带进行离散化建模，选取输送带中第 个单元进行分析，假设离散单元的质量为 ，刚度系数为，阻尼系数为 ，位移量为 ，运行阻力为 ，根据受力状况可知其动力学方程为（2‑11）其中 为该独立单元受到的拉力，其大小为（2‑12）

将式（2‑12）代入式（2‑11）可得（2‑13）。

2.根据权利要求1所述的一种轮轨型带式输送机动力学特性仿真方法，其特征在于，所述步骤S3包括分析托车装置不接触回转轮时的受力情况，建立托车装置运动过程中纵向动力与阻力的平衡方程（3‑1）

其中 为输送带对托车装置的摩擦力， 为外界阻力， 为前轮轨道切向力， 为后轮轨道切向力；

以前轮与托车轨道接触点 和后轮与托车轨道接触点 分别建立力矩平衡方程可得（3‑2）其中 为重力， 为前车轮的转矩， 为后车轮的转矩， 为前轮的法向支撑力，为后轮的法向支撑力， 为前轮与后轮中心距， 为前轮质心与车体质心的水平距离，为后轮质心与车体质心的水平距离， 为车体质心与轮轨接触点的法向距离；

根据哈密顿原理对托车装置建立垂向位移方程为（3‑3）

对车体建立俯仰位移方程为

（3‑4）

其中 为前轮的质量， 为后轮的质量， 为车体的质量， 为前轮、的垂向位移，为后轮的垂向位移， 为车体的垂向位移， 为前轮的阻尼系数， 为后轮的阻尼系数，为车体的阻尼系数， 为前轮的刚度系数， 为后轮的刚度系数， 为车体的刚度系数，为车体的俯仰角度； 为车体的转动惯量；

建立托车装置的线性二阶微分方程（3‑5）

其中 为托车装置质量矩阵； 为托车装置阻尼矩阵； 为托车装置刚度矩阵；其全部为 的方阵， 为托车装置加速度矩阵， 为托车装置速度矩阵， 为托车装置位移矩阵， 为托车装置作用在个单元上的力矩阵，为 的列向量；

将式（3‑1）至式（3‑4）整理为线性二阶微分方程的矩阵形式可得（3‑6）

（3‑7）

（3‑8）

（3‑9）

（3‑10）。

3.根据权利要求1所述的一种轮轨型带式输送机动力学特性仿真方法，其特征在于，所述步骤S4包括采用重锤式张紧装置，其包括张紧滚筒及质量块，并假定张紧装置为恒力张紧，建立张紧装置的受力平衡方程为（4‑1）

其中 为张紧装置的质量， 为张紧装置两端所受的拉力；

定义 及 分别表示张紧滚筒与输送带相遇点和分离点的位移， 为张紧滚筒转动位移， 为张紧滚筒的垂向位移，可得（4‑2）

整理可得

（4‑3）

由于张紧装置所连接的输送带为连续体，因此结合与张紧装置相连的2个输送带的独立单元，根据欧拉‑拉格朗日方程可得（4‑4）

（4‑5）

（4‑6）

（4‑7）

建立张紧装置的二阶微分方程

（4‑8）

其中 为张紧装置质量矩阵； 为张紧装置阻尼矩阵； 为张紧装置刚度矩阵；其全部为 的方阵， 为张紧装置加速度矩阵， 为张紧装置速度矩阵， 为张紧装置位移矩阵， 为张紧装置作用在个单元上的力矩阵，为 的列向量；

将式（4‑1）至式（4‑7）整理为线性二阶微分方程的矩阵形式可得（4‑9）

（4‑10）

（4‑11）

（4‑12）

（4‑13）。

4.根据权利要求1所述的一种轮轨型带式输送机动力学特性仿真方法，其特征在于，步骤S5为建立驱动装置的微分方程

（5‑1）

其中 为驱动装置的驱动力， 为驱动滚筒阻力， 为驱动滚筒直径， 为等效转动惯量， 为角加速度， 为输送带张力，上述输送带张力的计算公式为

（5‑2）

将式（5‑2）代入式（5‑1）可得（5‑3）

由准动特性可知

（5‑4）

将式（5‑4）代入式（5‑3）可得（5‑5）。

5.根据权利要求4所述的一种轮轨型带式输送机动力学特性仿真方法，其特征在于，步骤S6包括以输送带与驱动装置连接且最先启动处为第1个单元，按照输送带运行的相反方向，将输送带承载段划分为N个单元，转向滚筒处的输送带为第N+1个单元，将输送带回程段划分为M段，共为N+M+1单元，建立输送带的离散模型，可得（6‑1）

其中 ，

将式（6‑1）整理为矩阵形式，可得到输送带在恒力张紧装置下的匀速运动状态，其运动的微分方程为（6‑2）

其中 为输送带质量矩阵； 为输送带阻尼矩阵； 为输送带刚度矩阵；其全部为的方阵， 为输送带加速度矩阵， 为输送带速度矩阵， 为输送带位移矩阵，为输送带作用在个单元上的力矩阵，为 的列向量；

（6‑3）

（6‑4）

（6‑5）

（6‑6）

（6‑7）

（6‑8）

（6‑9）。

6.根据权利要求1所述的一种轮轨型带式输送机动力学特性仿真方法，其特征在于，将承载段及回程段划分为多个独立单元，承载段的各独立单元质量 为

（7‑1）

其中 为输送带线质量， 为物料线质量， 为托车线质量，为单元长度；

回程段的单元质量 为

（7‑2）

驱动装置质量为

（7‑3）

其中 为电机的等效转动惯量， 为联轴器的等效转动惯量；

除输送带以外其余位置处阻尼系数计算公式为（7‑4）

其中 为等效弹性模量， 为粘滞系数；

承载段的阻力为

（7‑5）

回程段的阻力为

（7‑6）

其中 为承载段直线段运行阻力， 为回程段直线段运行阻力， 为输送机的长度，为输送带在承载段运行的阻力系数，取 ， 为输送带在回程段运行的阻力系数，取 ， 为输送倾角。

7.根据权利要求5所述的一种轮轨型带式输送机动力学特性仿真方法，其特征在于，初始条件为（8‑1）

边界条件为

当 时

（8‑2）

当 时

（8‑3）

匀速运行过程中

（8‑4）。

8.根据权利要求1所述的一种轮轨型带式输送机动力学特性仿真方法，其特征在于，步骤S9使用MATLAB软件编译计算流程，包括以下步骤，S9‑1.输入托车装置动力学模型、张紧装置动力学模型、驱动装置动力学模型机输送带动力学模型；

S9‑2.输入动力学参数并设定初始条件及边界条件；

S9‑3.判断托车装置是否经过轨道缝隙，若不经过，则继续进行步骤S9‑6；若经过，则继续进行步骤S9‑4；

S9‑4.初始化托车装置线性二阶微分方程的参数矩阵，设定托车装置初始状态；

S9‑5.利用MATLAB求解托车装置响应状态，输出托车装置与输送带之间的阻力；

S9‑6.初始化输送带动力学模型的线性二阶微分方程的参数矩阵，设定输送带初始状态；

S9‑7.选定时间步长，判断算法收敛性；

S9‑8.计算输送带振动状态；

S9‑9.将上一时间步结果作为初始迭代值计算振动状态；

S9‑10.判断实际计算时间t是否大于计划计算时间T，若满足t>T，则继续进行步骤S9‑

11，若不满足t>T，则回到步骤S9‑8继续计算；

S9‑11.求解托车装置动力学模型、张紧装置动力学模型、驱动装置动力学模型机输送带动力学模型并输出动力响应结果。

9.根据权利要求1所述的一种轮轨型带式输送机动力学特性仿真方法，其特征在于，还包括三维动力学仿真验证，其步骤包括，S10‑1.建立轮轨型带式输送机三维模型，并导入仿真软件；

S10‑2.选取Harrison启动加速度曲线作为轮轨型带式输送机的启动曲线；

S10‑3.输出在承载段和回程段平直轨道上以不同速度匀速运行时，输送带的振动变化、连接相邻托车装置之的钢丝绳的拉力变化以及托车装置与输送带之间的摩擦力变化；

S10‑4.输出在承载段和回程段平直轨道上匀速运行且托车装置之间间距不同时，输送带的振动变化、连接相邻托车装置之的钢丝绳的拉力变化以及托车装置与输送带之间的摩擦力变化；

S10‑5.输出托车装置以不同速度经过轨道缝隙时，输送带的振动变化、连接相邻托车装置之的钢丝绳的拉力变化、托车装置与输送带之间的摩擦力变化及轨道应变；

S10‑6.输出托车装置以匀速通过不同宽度的轨道缝隙时，输送带的振动变化、连接相邻托车装置之的钢丝绳的拉力变化、托车装置与输送带之间的摩擦力变化及轨道应变；

S10‑7.输出托车装置在经过具有不同高度差的轨道缝隙时，输送带的振动变化、连接相邻托车装置之的钢丝绳的拉力变化、托车装置与输送带之间的摩擦力变化及轨道应变。