多滚筒驱动带式输送机的设计与动特性研究

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图 1 输送机设计内容与流程2 静力学设计2.1 阻力分 配 系数双滚筒驱动简图如图 2所示。

滚筒2s滚筒1图 2 双 最 筒 驱 动简 图图 2中，W 为上分 支阻力 ，w。为下分 支阻力 ，s 、sz为胶带趋入点张力，s：、s；为胶带分离点张力。

驱动滚筒牵引力 F为：F-F1F2-W 。 (1)其中：F1为滚筒 l的牵引力；F。为滚筒 2的牵引力；w为总的阻力 ，W-W W 。令 ：F - W ，F。- W。

设 S人为胶带趋入点张力，s出为分离点张力，基于欧拉公式，有 ： e 。 (2)')出其中： 为皮带和滚筒的摩擦系数；a为滚筒的围包角，也是利用角。

逐点法计算张力的依据是牵引构件在连续运输机轮廓中沿运动方向内的任意-点张力等于后-点的张力与这两点间区段上的阻力之和。通过逐点张力法和欧拉公式得：fSl-w 1 SI S2-W2S： -e 。(3)I Sl -基于式(1)和式(3)，通过计算得：s1-s：- 普 型 。· (4)F2- $2-SI -。 · (5)令牵引系数 K- ，则对于滚筒 1有 K -e ，滚筒 2有K - 。，代人式(4)、式(5)得：F，- 二 ! ± ! !K K，- l 。

收稿日期：2012-09-13；修回日期：2012-09-23作者简介：史万青 (1986-)，男，山西长治人，在渎硕士研究生.研究方向为起重运输机械。

· 108 · 机 械 工 程 与 自 动 化 2013年第 l期F (K2- 1)(W I十W ：K1)K K 。- l 。

则阻力 分舀 系数为 ：- -Fl-(Kl- 1)(W 2 W lK2) ，- - - 二I I矿 。 下面针对不同的情况进行讨论：(1)当W：-0时，由图2可以看出，S -S。，W -W，由式(6)得 ：- [ 。 . (7)K 1 - 。 ，由此建立了K 、K：与阻力分配系数 之间的关系。由于采用了重锤式拉紧装置 ，用总的牵引系数 K表达总的负荷参数，有：K- Kl K2 。 (8)由式(7)和式 (8)可得：K。： 。 ㈣ K2：：a面 K。 (10)从式(9)和式(10)可以看 出： -定 时，K2比 K的变化快，第 2个滚筒的备用牵引系数要比第-个滚筒大.也就是滚筒 2的安全角大于滚筒 1的安全角。

(2)当 w：≠O时 ，阻力分配系数为：a-F1- - 。 ..( - ～ - 由式(3)、式(11)可得 ：A-(1--W2 ； 。川2)为了便于分析，令 -1- ，则由式(12)可得：K： 。 )由式(13)和式(8)得 ：K - 。 K2- a47tK。 (15)同样可以从式(14)和式 (15)看 出：当 -定时 ，K!比K 的变化快，第 2个滚筒的备用牵弓l系数要比第1个滚筒大，即滚筒 2的安全角大于滚筒 l的安全角。

2.2 安全角计算通过计算总阻力过载 10 (即总阻力 W -W0.1W)来进行安全角的计算。因为拉紧装置的作用使得 、S!不变，通过凋整电动机 的机械特性或者调整液力耦合器的注油量，可以使 保持不变。

(1)当w!-0时，通过式(8)和欧拉公式汁算过载前总的牵引系数：K- K.K!- S Se- & 1 。

过载前、后的牵引系数关系为：Kl△K1- K 。 (16)K2AK2- K 。 (17)由此可知过载后阻力分配系数为：- 舞 K 。(18)将式(16)、式(17)代人式(18)得：- 麓器 K2△K 。.(19)令 Aa1-mAa2。 (20)因△a >△a ，所以 m<1。由式 (20)、式(19)结合欧拉公式得：( 1) KzkK(KAK )。 。

因 ， <1，则由式(21)得：< 1 。 ..(22) (KAK- t- )2 、 。 ～整理得 ：K △K。E2aK-( 1) K ]△K 。>0 。

(23)要使式(23)始终成立 ，则：二 > o。 (24) 4K0 整理式(24)化简得：K； 十(2Kj-4K) K；K .则滚筒 1的利用角大于滚筒 2的利用角。

(2)当w：≠0时，通过如前相似的计算得 K >K：，故滚筒 1的利用角大于滚筒 2的利用角 。

2.3 功率分配两个滚筒的牵引力分别为 F 和 F：，速度为 和。 则两个滚筒 的功率分别为：N - 。

其中：7为传动效率。功率分配系数为：2013年第 1期 史万青，等：多滚筒驱动带式输送机的设计与动特性研究 · 109·- - 鲁。(27) m Lz ，由式(13)和式(27)得 ：721。 (28)由胶带的变形条件可得：- l O (29) 、其中：为应变。由式(28)、式(29)得：- K 1 - 1K。

为了便于设备的标准化与通用化，可以将所计算得到的功率系数取整。

2.4 阻力分配系数的调整转差率 S由下式计算：- -n0 --7/5 。 (3O) - - - L U0其中： 。为同步转数； 为电机转数。

-2rrn 。 (31)由式(29)、式(30)和式(31)推导得：2- 51e 。 (32)由弹性变形公式可知总的变形为：e： -F-， W-z。 (33) ： - - 其中：E为弹性模量。

电机的稳定工作特性曲线方程为：F-cs 。 (34)其 中：C为电机机械特性的硬度 。

由式(1)、式(32)、式(33)和式 (34)推导得：- C1 EW - 1 f2W 2f2(EW W2C2c1W ) 。

从式(35)看出可以通过改变机械特性 C来调整阻力分配系数。

对上述的理论可以推广到 3个 以上滚筒驱动，按照次序考察每-对滚筒的特性 。三滚筒驱动简图如图3所示。其中，滚筒 1和滚筒 2的阻力分配系数为： 笔- K - 。

滚筒 2和滚筒 3的阻力分配系数为：- - K。c - 。 。- -再 A滚筒3s8 S。

滚筒1滚筒2图 3 三滚筒驱动简图通过相似推论 ，有安全角 △a。>zla。>Aa ，利用角K。>K。>K。。关于阻力分配系数的调整，通过相似推导得 ：、 - 1EW - 1C2W 2。 - 。

由此可见，可通过调整机械特性 C 、c。来调整各分配系数及各参数。

3 动力学分析从目前动力学研究看，纵向振动特性与横向振动特性对输送机特性影响较大。动力学分析方法可采用有限单元法对各子系统模型建立及求解，最终得到输送机各点的速度、加速度、张力图，在此基础上对输送机进行分析、比较，修改参数，优化系统，从而使多滚筒带式输送机的静力学设计更加合理，以提高输送机的稳定性及平衡性。

4 结语本文通过阻力过载 10 进行计算，合理选择利用角和备用安全角，并根据机械特性曲线进行调整。静力学设计中，不考虑动特性问题。若在启动和制动过程中，结合动力学分析，对静力学设计的参数进行修改，则可保证多滚筒带式输送机的安全稳定运行。