可伸縮帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說(shuō)明書】

可伸縮帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說(shuō)明書】,含CAD圖紙、說(shuō)明書,伸縮,輸送,結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì),cad,圖紙,說(shuō)明書,仿單 附錄1 驅(qū)動(dòng)輪輸送帶的牽引力與滑動(dòng)的比較 A.J.G. Nuttall*,G. Lodewijks 迪福特技術(shù)大學(xué), 傳送技術(shù)和物流管理， Mekelweg 2 ， 2623 CD迪福特 ，荷蘭接收于 2005 年7月 13 日；在校接收于 2005 年12月 15 日；被承認(rèn)于2006 年1月2日，網(wǎng)上發(fā)布于2006年3月2日 摘要： 本文提出了用于水平帶式輸送機(jī)的現(xiàn)有模型的擴(kuò)展, 描述有彎曲表面的輸送帶的驅(qū)動(dòng)輪的牽引力和滑動(dòng)之間的關(guān)系。模型包括以麥克斯韋元件形式運(yùn)行表面的具有黏彈性的橡膠。應(yīng)用正確的要素之后，主要是解決彼此相連各元素（原來(lái)沒(méi)有建模的）之間的交互作用, 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明模型能夠很好地匹配，則帶速在一定的速度范圍內(nèi)對(duì)牽引力有小的作用。 2006 Elsevier 公司版權(quán)所有。 關(guān)鍵詞: 旋轉(zhuǎn)關(guān)系；牽引力；粘彈性；麥克斯韋模型； 帶式輸送帶； 彎曲帶表面 1.引言 傳統(tǒng)的帶式輸送機(jī)在輸送大塊礦石時(shí)，在輸送系統(tǒng)的首部或尾部都會(huì)有一個(gè)纏有皮帶的動(dòng)力滑輪的驅(qū)動(dòng)裝置，如圖1所示。這表明輸送帶系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)中有單一的或是雙重的驅(qū)動(dòng)裝置。但是，當(dāng)需要兩個(gè)以上的驅(qū)動(dòng)配置時(shí)，問(wèn)題就會(huì)出現(xiàn)。由于驅(qū)動(dòng)輪不能放置在沿運(yùn)輸帶的繩纜任意位置，不影響礦石的滾落，不能充分利用分散動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。 在多種復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，可選擇性的驅(qū)動(dòng)方法可以提供更大的布局柔性，還能增強(qiáng)直接作用在皮帶表面的驅(qū)動(dòng)輪性能，產(chǎn)生所需的牽引力。例如在Enerka–Becker 系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱E–BS)中，都會(huì)有一些帶有裝在輸出軸上驅(qū)動(dòng)輪的馬達(dá)形成一對(duì)驅(qū)動(dòng)力，實(shí)際上可以放在沿皮帶的任意位置。Bekel [1]也提議使傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)帶底部變硬來(lái)弄平傳送帶，它可以用一對(duì)驅(qū)動(dòng)輪帶動(dòng)起來(lái)。在傳送帶沿線任意位置設(shè)立驅(qū)動(dòng)裝置的自由度可以使系統(tǒng)設(shè)計(jì)者們有機(jī)會(huì)在部分組件出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)平衡已安裝的驅(qū)動(dòng)力來(lái)控制皮帶上的張力。這就是降低張力的關(guān)鍵，可以用同樣輕型的皮帶構(gòu)造從而忽略傳送帶的長(zhǎng)度。這將會(huì)降低成本，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的柔性，也使組件的標(biāo)準(zhǔn)化成為可能。 對(duì)于常規(guī)的驅(qū)動(dòng)帶和驅(qū)動(dòng)輪，如在E–BS中的，產(chǎn)生的牽引力是由皮帶與滑輪或驅(qū)動(dòng)輪表面接觸力和摩擦系數(shù)決定的。但是，隨著驅(qū)動(dòng)輪的外形使得磨擦不完全來(lái)自于皮帶的張力，而是源自皮帶與其運(yùn)送礦石的重量和壓縮軸產(chǎn)生的力。在常規(guī)的傳送帶中，由于驅(qū)動(dòng)滑輪歐拉公式[2]的不同，常用來(lái)決定最大可轉(zhuǎn)移的有效牽引力，而不能用于一個(gè)傳送驅(qū)動(dòng)輪輸送機(jī)。所以，一個(gè)新的模型需要明確表述，考慮材料、皮帶的幾何性質(zhì)和驅(qū)動(dòng)。 圖1 本文提出的就是一個(gè)像E–BS的模型，描述了牽引與傳送帶驅(qū)動(dòng)輪中滾動(dòng)接觸補(bǔ)片的滑動(dòng)之間的關(guān)系。模型包括橡膠的黏彈性，作為一個(gè)Maxwell元素的陣列，與過(guò)去常用在Bekel [1]系統(tǒng)中的彈性方法相比較。模型都與試驗(yàn)結(jié)果相比較。牽引-滑動(dòng)關(guān)系是有作用的，因?yàn)闋恳突瑒?dòng)與正常的摩擦力相結(jié)合，極大影響皮帶表面的磨損率。在壽命內(nèi)，為了防止帶損壞，設(shè)定允許的最大限度磨損率，這可導(dǎo)致降低最大可轉(zhuǎn)移的牽引。 2.基于粘彈性的摩擦力建模 很多研究者都用Maxwell模型來(lái)量化滾筒在富有粘彈性表面滾動(dòng)的能量消耗[3—5]，與輸送帶穿過(guò)托輥相比。當(dāng)皮帶通過(guò)托輥時(shí)，橡膠表面迅速伸縮。因?yàn)橄鹉z表面材料經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生粘彈性，從而導(dǎo)致壓力的不對(duì)稱分配，也就是產(chǎn)生了阻力。通過(guò)實(shí)現(xiàn)粘彈性來(lái)推測(cè)阻力，Maxwell模型主要用在三種參數(shù)格式。其中一種比較特殊，由Lodewijks[6]描述，以Winkler的基礎(chǔ)或鋪墊結(jié)合為三個(gè)參數(shù)化Maxwell模型包括彈簧，彼此沒(méi)有相互作用。因?yàn)樵谙嗷プ饔玫慕M件之間的剪力無(wú)法測(cè)算可以忽略不計(jì)，從而使計(jì)算變得簡(jiǎn)單。盡管簡(jiǎn)化的結(jié)果可以表明輸送帶的運(yùn)行能夠產(chǎn)生令人滿意的效果。所以，Maxwell模型參數(shù)同Winker的基礎(chǔ)結(jié)合將會(huì)提供一個(gè)研究分析傳送帶驅(qū)動(dòng)輪牽引力與滑動(dòng)力關(guān)系的起點(diǎn)。 為了在E—BS中能更詳細(xì)描述出驅(qū)動(dòng)輪對(duì)牽引力的影響，模型提供了兩種途徑。首先，Maxwell要素的數(shù)量增加到可以在整個(gè)接觸補(bǔ)片過(guò)程中提供模型與橡膠特性之間的有效結(jié)合。其次，一個(gè)毛刷模型也用于描述汽車輪胎[4]的橡膠輪胎面的作用也常來(lái)用來(lái)計(jì)算驅(qū)動(dòng)輪與皮帶之間由于滑動(dòng)而產(chǎn)生的剪力。 這三個(gè)參數(shù)Maxwell模型，都是由系列中的單個(gè)的Maxwell要素組成，滿足傳統(tǒng)的輸送帶要求，因?yàn)樵谕休伵c輸送帶之間可以描述為一系列的接觸，由于持續(xù)的接觸長(zhǎng)度覆蓋了接觸區(qū)域使模型只能通過(guò)單一激振頻率配合，使調(diào)整單個(gè)Maxwel時(shí)間常數(shù)到這個(gè)激振頻率成為可能。但是，在E—BS中，彎曲的運(yùn)行表面，有一個(gè)橢圓的接觸區(qū)域。基于在橢圓片中不同的接觸長(zhǎng)度，模型只好以一定范圍的頻率配合。圖2即描述了模型是怎樣演示皮帶穿過(guò)托輥或驅(qū)動(dòng)輪變化的過(guò)程。一個(gè)以角速度運(yùn)轉(zhuǎn)的剛性滾筒施加到以皮帶速度為運(yùn)轉(zhuǎn)的彎曲的黏彈性表面上，形成了橢圓的接觸區(qū)域。 在激振范圍內(nèi)，為配合以橡膠的粘彈性的模型，產(chǎn)生了附加的Maxwell要素。一系列Maxwell要素近似黏彈性的特性，每個(gè)包括以以硬度為的彈簧的彈力度和一個(gè)減幅系數(shù)為的減震器。如圖3所示。理想的模型應(yīng)該有無(wú)限多的元素組成，但是，由于實(shí)際情況與計(jì)算的原因，理想狀況通過(guò)一定數(shù)量的要素到m簡(jiǎn)化了。 圖2 圖3 Maxwell模型要素需要通過(guò)調(diào)整來(lái)適應(yīng)在測(cè)量振蕩試驗(yàn)中的帶的黏彈性的復(fù)雜彈性模量，材料承受正弦交變應(yīng)力和應(yīng)變[8，9]的情況下。圖4表明橡膠用于E—BS皮帶的作用下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果有代表性地表達(dá)了如存儲(chǔ)能模量，損失模量和損失因素等內(nèi)容。同時(shí)，提出了復(fù)雜的彈性模量和與其相關(guān)的內(nèi)容如下： 一定數(shù)量的用在模型中的Maxwell要素m依賴于想得到的頻率范圍內(nèi)所需復(fù)雜彈性模量的精確度。以可能的輸送帶的輸送速度為～，近似接觸長(zhǎng)度為0.02m，激振頻率范圍從80到。當(dāng)要素的數(shù)量增加時(shí)，精確度也隨之增加。但是，有越多要素的模型也會(huì)變得越復(fù)雜，增加更多計(jì)算消耗的時(shí)間，搜索開(kāi)始條件以配合程序難度增加時(shí)對(duì)優(yōu)化路線很好的集中。此外，由于執(zhí)行最小二乘法，要素的最大數(shù)量由實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)所限制，從而不可能有比數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)更多的模型參數(shù)。 圖4表示當(dāng)使用大量的不同的Maxwell要素時(shí)，模型是怎樣適應(yīng)測(cè)量E—BS黏彈性特性的。 圖形清楚地說(shuō)明了有一個(gè)要素（或是三個(gè)參數(shù)值）的最簡(jiǎn)單模型產(chǎn)生不滿意的在之間近似值同改善的三個(gè)要素（或七個(gè)參數(shù)值）之間的區(qū)別。有七參數(shù)的模型最終選為好的匹配，用于進(jìn)一步的計(jì)算中。 圖4彈力屬性示意圖 3．正常的應(yīng)力分布 當(dāng)在牽引極限內(nèi)驅(qū)動(dòng)輪施加了牽引力到傳送帶上，粘性和滑動(dòng)區(qū)域存在于接觸平面。在粘性區(qū)由于施加的牽引力只有橡膠表面變形，而在滑動(dòng)區(qū)域因?yàn)楸砻娴哪Σ翗O限已經(jīng)達(dá)到，橡膠表面也滑過(guò)輪的表面。為了確定區(qū)域的位置，根據(jù)庫(kù)倫德渙—湯定理，再建模時(shí)加入摩擦。 （11） 式中為摩擦系數(shù)。 要解這個(gè)方程,在接觸面壓力分布(x,y)應(yīng)首先確定，接觸面壓力由Z軸方向的粘彈性表面的變形定義(見(jiàn)圖 2 ) 。對(duì)于這一計(jì)算的假設(shè)為剪應(yīng)力不影響正常應(yīng)力的分布，也由Johnson[3]使用。 如果接觸區(qū)域與滾筒曲面和橡膠表面 (如和)相比很小，剛剛壓入表面的距離為，然后接觸面的變形可以描述如下： （12） 以恒定皮帶的帶速的穩(wěn)定狀態(tài)下，以厚度h的Winkle基本理論和變形方程（12）()，對(duì)于麥克斯韋要素的微分方程可以表示如下式： （13） 該微分方程可由設(shè)定在超前邊緣之間的接觸面的壓力等于零或() = 0時(shí)求解，因?yàn)樵诘谝粋€(gè)接觸點(diǎn)根本沒(méi)變形出現(xiàn)。求解方程揭示了在接觸平面內(nèi)壓力 和 （14） 合力可由分布在整個(gè)接觸區(qū)域的應(yīng)力分布的合力或式 . （15） 計(jì)算。 尾緣的接觸面位置的確定可設(shè)定值為零。 4.剪應(yīng)力分布 有了計(jì)算的壓力分布和測(cè)得的摩擦系數(shù)，大部分資料可以確定在滑移帶內(nèi)的剪應(yīng)力由公式（11）確定。下一個(gè)重要步驟是找出剪應(yīng)力在整個(gè)接觸面分布是粘帶的剪應(yīng)力計(jì)算。在粘帶，接觸表面無(wú)無(wú)滑動(dòng)發(fā)生。然而，牽引力施加時(shí)，在驅(qū)動(dòng)輪子的外徑和皮帶之間出現(xiàn)表觀速差或蠕變。這個(gè)表觀速率也稱為蠕變速率并定義為： (16) 式中是驅(qū)動(dòng)車輪的角速度。 蠕變速率與剪切角有關(guān)，由下列公式計(jì)算: （17） 為了在粘性區(qū)域建立蠕變速率和剪應(yīng)力分布的關(guān)系，麥克斯韋模型與刷子模型相結(jié)合來(lái)描述剪切效應(yīng)。如圖5中刷子模型的描述是接觸區(qū)域內(nèi)帶的具有代表性的簡(jiǎn)化。它分為剛性元素鉸接，并由放置在其基礎(chǔ)上扭轉(zhuǎn)的彈簧支撐。扭轉(zhuǎn)彈簧的特性也是基于Maxwell模型與圖3種的彈簧元素相似。 以剪切模量，剪應(yīng)力和剪切角替換公式（1）、（2）和（6）中的彈性模量，應(yīng)力應(yīng)變，分別導(dǎo)出了描述行為的基礎(chǔ)元素。在穩(wěn)態(tài)條件下,使用變形方程（17）的微分方程描述每個(gè)麥克斯韋剪切元素可以寫成： (18) 為了獲得黏彈性剪切參數(shù)，必須指導(dǎo)進(jìn)行附加的振動(dòng)試驗(yàn)，在橡膠試驗(yàn)中試樣承受的剪應(yīng)力和應(yīng)變。 然而，事實(shí)上，由于沒(méi)有結(jié)果的剪切試驗(yàn)是可行的，剪切參數(shù)是來(lái)自正常應(yīng)力試驗(yàn)和在如下列公式幫助下轉(zhuǎn)換得到： (19) 如果假定粘性區(qū)域開(kāi)始于接觸面的先導(dǎo)邊緣，可以找到微分方程（18）的解決方案，在粘帶內(nèi)屈服剪應(yīng)力為： (20) 無(wú)論是粘性區(qū)和滑移區(qū)的分布現(xiàn)在可以由整合計(jì)算每個(gè)區(qū)域分開(kāi)計(jì)算的剪應(yīng)力 (21) 其中代t1(y)表粘性區(qū)到滑動(dòng)區(qū)過(guò)渡線。它代表了那里邊剪應(yīng)力到達(dá)邊界摩擦，可以求解： (22) 5.修正系數(shù) 修正系數(shù)fs是為了彌補(bǔ)這樣的事實(shí),即在相鄰彈簧元素Winkler基礎(chǔ)不包含剪切效應(yīng)，以層的實(shí)際剛度來(lái)配合模型的剛度。在這種情況下,驅(qū)動(dòng)車輪以及帶間的速度差很小，尾緣滑移區(qū)變得微乎其微。由于在接觸區(qū)域幾乎沒(méi)有滑移,發(fā)生速差或蠕變主要由由層剛度決定。相應(yīng)蠕變速率的極限，由約翰遜[3]獲得，用半空間近似，是： 或 (23) 式中和接觸面寬度的每單位長(zhǎng)度來(lái)測(cè)量。 正應(yīng)力可表示為接觸區(qū)域先導(dǎo)邊緣距離的函數(shù)。bekel [1]從下從列公式得出,用赫茲公式： (24) 是靜態(tài)測(cè)量的彈性模量。與此方程正應(yīng)力從公式 （23）中消去。為了配合剛度的刷子模型, 切線在開(kāi)始于模型的牽引力曲線與公式（23）描述的蠕變曲線相匹配，其可由下式計(jì)算 （25） 式中和是修正系數(shù)。 由式（23）-（25）合并消去，給出如下修正系數(shù)： 模型的剛度由公式（26）中的系數(shù)測(cè)量的麥克斯韋參數(shù)補(bǔ)償。 6.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 在E—BS和驗(yàn)證模型中驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量牽引和滑移的實(shí)際關(guān)系。試驗(yàn)過(guò)程中，用到兩個(gè)輪子，見(jiàn)圖.5。 一個(gè)輪子由鋼絲制成，代表驅(qū)動(dòng)輪，是由電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，另一個(gè)輪子均由膠帶覆蓋，有橡膠層硬化在其上，它也是連接到電動(dòng)機(jī)上，用作可調(diào)式剎車系統(tǒng)。每個(gè)電機(jī)軸上的應(yīng)變計(jì)測(cè)量產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩?？烧{(diào)彈簧也可以用來(lái)把制動(dòng)輪放到傳動(dòng)輪，使其能夠控制接觸力。兩個(gè)輪子的直徑選成相等的,當(dāng)作用力相反時(shí)，生成互相接觸補(bǔ)片。與在E—BS中，在傳動(dòng)輪()和帶之間的補(bǔ)片相比較。 從每個(gè)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)始，接觸力和驅(qū)動(dòng)車輪的轉(zhuǎn)速設(shè)定成所需值。 為了彌補(bǔ)減少制動(dòng)輪直徑的橡膠層的壓痕，速度的制動(dòng)輪調(diào)整僅低于同步轉(zhuǎn)速，直至制動(dòng)力矩降低到零。從這個(gè)角度考慮，當(dāng)實(shí)測(cè)牽引力為零時(shí)，牽引滑移曲線所造成的相繼降低將導(dǎo)致制動(dòng)車輪速度和測(cè)量由此增加24%～28%。同時(shí)它也顯示了曲線，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際給出的粘彈性模型,同時(shí)用來(lái)形容牽引滑移關(guān)系的一個(gè)車輪驅(qū)動(dòng)橡膠帶。 bekel[1]采用了一個(gè)類似半空間的做法形容約翰遜為線接觸涉及完全彈性材料，其中結(jié)果為： 和 (25) 結(jié)果表明,提出的Maxwell模型提供了一個(gè)很好的匹配值與實(shí)測(cè)值低的接觸力。隨著接觸力的增加，從模型低估了實(shí)際的24%～28%。由于粘彈性的影響，粘彈性牽引，不同曲線計(jì)算，如果以不同的速度，結(jié)果經(jīng)常與接觸力速度范圍從電子布的標(biāo)準(zhǔn)皮帶速度1.6增長(zhǎng)到以一個(gè)潛在的高速應(yīng)用與皮帶速度。 圖5 圖6速度分析與 曲線圖. 6建議這個(gè)牽引跌幅在壓紋速度將以最大的降低發(fā)生在中間的滑動(dòng)范圍。但是，這種影響似乎很小，在可行的范圍內(nèi)速度的帶式輸送機(jī)。隨著速度的影響在同一量級(jí)的測(cè)量誤差，可以斷定，在這種情況下對(duì)粘彈性部分的橡膠制品性能的影響很小，關(guān)系牽引滑移。 7.結(jié)論 本文表明,擴(kuò)大到三參數(shù)Maxwell模型用來(lái)計(jì)算作用在黏彈性層的滾筒滾動(dòng)阻力是有可能的，包括想要的特性來(lái)決定牽引力和滑移之間的關(guān)系。這種模式有很多簡(jiǎn)化后，這相對(duì)簡(jiǎn)單，計(jì)算方便聯(lián)絡(luò)的模式，其中包括粘行為。在引入一個(gè)校正關(guān)系來(lái)彌補(bǔ)失效的結(jié)果，從實(shí)驗(yàn)的覆蓋材料的電子布置膠帶形勢(shì)表明該模型產(chǎn)生令人滿意的結(jié)果與實(shí)測(cè)值。進(jìn)一步分析與驗(yàn)證模型顯示速度依賴牽引滑移關(guān)系，是一個(gè)小的且在可行的速度范圍內(nèi)固定了帶式輸送機(jī)。從學(xué)到的知識(shí)關(guān)系中可知牽引滑動(dòng)將是一個(gè)寶貴的系統(tǒng)，因?yàn)檫@一系統(tǒng)設(shè)定當(dāng)選擇多個(gè)驅(qū)動(dòng)站安裝時(shí)如在皮帶輸送系統(tǒng)像E—BS分布。 參考文獻(xiàn)： [1] S. 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