帶式輸送機(jī)帶式張緊力計(jì)算與分析

帶式輸送機(jī)帶式張緊力計(jì)算與分析

0自動(dòng)可調(diào),發(fā)展到張緊力張力裝置是螺旋旋轉(zhuǎn)機(jī)不可或缺的重要組成部分。隨著應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，從傳統(tǒng)的純機(jī)張力到張力的完全調(diào)整，張力的完全調(diào)整發(fā)展到張力的完全調(diào)整。對(duì)于中、短距離的帶式輸送機(jī)采用傳統(tǒng)的張緊裝置即可,而對(duì)于長(zhǎng)距離、大運(yùn)量帶式輸送機(jī)傳統(tǒng)張緊裝置已經(jīng)無(wú)法滿足其正常運(yùn)行的要求。因此,研究開發(fā)出一種滿足輸送機(jī)穩(wěn)、動(dòng)態(tài)運(yùn)行工況要求,具有較高安全性與可靠性的新型自動(dòng)張緊系統(tǒng)以適應(yīng)帶式輸送機(jī)發(fā)展的需求是非常必要的。1傳輸張力的確定帶式輸送機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)行工況下,通過(guò)逐點(diǎn)張力法確定輸送帶各特性點(diǎn)的張力。首先確定整個(gè)輸送系統(tǒng)傳動(dòng)滾筒奔離點(diǎn)松邊張力。為保證整個(gè)輸送系統(tǒng)的正常運(yùn)行,傳動(dòng)滾筒松邊張力S松為:S松≥FU1eμαΝ-1≥FU1eμαN?1。(1)其中:FU為驅(qū)動(dòng)滾筒上的牽引力;μ為輸送帶與傳動(dòng)滾筒之間的模擬摩擦系數(shù);αN為輸送帶與傳動(dòng)滾筒的滑動(dòng)圍包角,rad。輸送帶張力不僅要滿足傳動(dòng)滾筒不打滑條件,而且還要滿足輸送帶在兩托輥之間懸垂度的要求,為了使輸送機(jī)平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn),輸送帶在兩托輥之間的懸垂度不應(yīng)超過(guò)限定值。滿足懸垂度條件的輸送帶最小張力Fmin計(jì)算如下:承載分支:Fmin≥a0(qB+qG)g8hrFmin≥a0(qB+qG)g8hr。(2)回程分支:Fmin≥au?qB?g8hrFmin≥au?qB?g8hr。(3)其中:a0為承載上托輥間距(最小張力處);qB為每米長(zhǎng)度輸送帶質(zhì)量,kg/m;qG為每米長(zhǎng)度輸送物料質(zhì)量,kg/m;hr為允許最大下垂度,一般hr≤0.01;au為回程下托輥間距(最小張力處);g為重力加速度。傳動(dòng)滾筒奔離點(diǎn)張力(松邊張力)由輸送帶不打滑條件和輸送帶在兩托輥間的懸垂度共同決定,當(dāng)傳動(dòng)滾筒松邊張力確定以后,根據(jù)逐點(diǎn)張力計(jì)算法就可以求出整個(gè)輸送系統(tǒng)各特性點(diǎn)的張力。由計(jì)算出的輸送帶各特性點(diǎn)張力就能求得輸送機(jī)正常運(yùn)行時(shí)所需要的張緊力P0:P0=Szy+Szf。(4)其中:Szy為張緊滾筒相遇點(diǎn)輸送帶的張力,N;Szf為張緊滾筒分離點(diǎn)輸送帶的張力,N。2張緊系統(tǒng)邊張力確定帶式輸送機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中,由于速度不斷變化,輸送帶除受到靜張力的作用外,還受到附加動(dòng)張力的影響。因此,在啟動(dòng)工況下運(yùn)行,需增加輸送帶驅(qū)動(dòng)牽引力以平衡動(dòng)張力。建立的輸送系統(tǒng)啟動(dòng)工況下的力學(xué)模型為:FU-W0-∑mas=0。(5)其中:W0為系統(tǒng)的靜態(tài)運(yùn)行阻力,N;∑m為輸送系統(tǒng)的總變位質(zhì)量,kg;as為系統(tǒng)的啟動(dòng)加速度,m/s2。在啟動(dòng)工況時(shí),松邊張力S′松為:S′松=(W0+∑mas)1eμαΝ-1=(W0+∑mas)1eμαN?1。(6)在啟動(dòng)過(guò)程中,輸送帶與驅(qū)動(dòng)滾筒的滑動(dòng)圍包角αN增大,并且很有可能超過(guò)輸送機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)所要求的最大滑動(dòng)角α′N,但其作用時(shí)間與輸送機(jī)整個(gè)工作周期相比是非常短暫的。也就是說(shuō)允許短期內(nèi)滑動(dòng)圍包角αN有所增大,但是不允許超過(guò)圍包角α,需要留一定的安全系數(shù)?；瑒?dòng)圍包角增大自然會(huì)使輸送系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)力增大,但是由于滑動(dòng)圍包角增大有一定的范圍限制,因此,若要繼續(xù)增大輸送系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)力就需要增大輸送帶松邊張力S′松。通常情況下,把輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力與穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)驅(qū)動(dòng)力的比值稱為啟動(dòng)系數(shù),即:ΚA=F′UFU=S′松(eμα′Ν-1)S松(eμαΝ-1)=S′松λ′S松λKA=F′UFU=S′松(eμα′N?1)S松(eμαN?1)=S′松λ′S松λ。(7)其中:F′U為輸送機(jī)啟動(dòng)工況下的驅(qū)動(dòng)力,N;λ′、λ分別為輸送機(jī)啟動(dòng)和正常運(yùn)行工況下的安全系數(shù)。式(7)反映了輸送帶松邊張力比與啟動(dòng)系數(shù)的關(guān)系,根據(jù)不同的啟動(dòng)和正常運(yùn)行時(shí)的摩擦牽引力備用系數(shù),可以得到輸送機(jī)張緊系統(tǒng)的張緊力比值。一般情況下,自動(dòng)張緊系統(tǒng)所能提供的啟動(dòng)時(shí)的張緊力應(yīng)該是正常運(yùn)行時(shí)張緊力的1.4倍～1.8倍。3制動(dòng)工況制動(dòng)減速度的穩(wěn)定性在輸送機(jī)制動(dòng)過(guò)程中,電動(dòng)機(jī)不再向驅(qū)動(dòng)滾筒輸出扭矩,輸送帶在驅(qū)動(dòng)滾筒上產(chǎn)生了與運(yùn)動(dòng)方向相反的彈性滑動(dòng),由于慣性力的存在會(huì)使輸送帶緊邊張力S緊減小,松邊張力S松增大,此時(shí)驅(qū)動(dòng)滾筒上會(huì)產(chǎn)生由摩擦傳遞的制動(dòng)力Fz:Fz=S緊-S松。(8)由于摩擦傳動(dòng)仍然滿足歐拉公式,因此有:Fz=eμα-1eμαS松Fz=eμα?1eμαS松。(9)在輸送機(jī)制動(dòng)時(shí)輸送帶的力平衡方程為:W0+Fz=∑maF。(10)其中:aF為輸送機(jī)制動(dòng)時(shí)制動(dòng)減速度,m/s2。綜合式(9)、式(10)得:S松=eμαeμα-1(∑maF-W0)=eμαeμα?1(∑maF?W0)。(11)由式(11)可知,松邊張力S松與制動(dòng)減速度aF有關(guān),若aF增大,則松邊張力值S松也相應(yīng)調(diào)高,輸送機(jī)會(huì)很快停止運(yùn)行,但過(guò)大的輸送帶張力會(huì)引起斷帶事故的發(fā)生。帶式輸送機(jī)在制動(dòng)工況下,驅(qū)動(dòng)滾筒的摩擦牽引力減小,其制動(dòng)慣性阻力方向正好與啟動(dòng)慣性阻力相反。在輸送機(jī)停止工作以后,為延長(zhǎng)其使用壽命,只需提供較低張力。因此,在制動(dòng)工況下,張緊裝置所提供的張緊力要小于正常運(yùn)行時(shí)的張緊力,一般為正常運(yùn)行工況下的0.9倍左右。4攜帶張力及彈性行程的計(jì)算在確定帶式輸送機(jī)的張緊行程時(shí)需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮:①須留有足夠的長(zhǎng)度來(lái)滿足輸送帶進(jìn)行接頭的需要;②補(bǔ)償輸送帶塑性變形引起的永久性伸長(zhǎng)的行程;③補(bǔ)償輸送帶彈性伸長(zhǎng)的行程。輸送機(jī)在不同的運(yùn)行工況下輸送帶的彈性伸長(zhǎng)是不同的,一般情況下,輸送機(jī)在啟動(dòng)和正常運(yùn)行時(shí)的張緊行程比停機(jī)時(shí)要大。計(jì)算張緊行程的方法有基于逐點(diǎn)張力的計(jì)算方法和基于動(dòng)態(tài)分析的計(jì)算方法。基于逐點(diǎn)張力的計(jì)算方法是通過(guò)輸送機(jī)在各種工況下對(duì)輸送帶最小張力的要求,計(jì)算出相應(yīng)工況下輸送帶的各特性點(diǎn)張力和彈性變形量,進(jìn)而得出輸送帶在各種工況下的彈性伸長(zhǎng)行程。任何通過(guò)逐點(diǎn)張力計(jì)算法得到的輸送帶各特性點(diǎn)張力都可以表示為圖1所示的曲線。圖1中,i、i+1為輸送帶上張力變化的兩個(gè)臨近點(diǎn),各點(diǎn)張力分別表示為Si、Si+1,在i到i+1區(qū)間上輸送帶的長(zhǎng)度為L(zhǎng)i,在各區(qū)間上輸送帶的張力是呈線性變化的。在區(qū)間[i,i+1]上,輸送帶的能量Ui為:Ui=(Si+Si+1)Li2。(12)輸送帶的總能量U為:U=n∑i=1Ui=n-1∑i=1(Si+Si+1)Li2+(Sn+S1)Ln2。(13)輸送帶總的彈性伸長(zhǎng)量ΔL為:ΔL=UEB。(14)其中:E為輸送帶的彈性模量;B為帶寬,m。進(jìn)一步考慮輸送帶在兩托輥間懸垂度變化的影響,輸送帶總的彈性伸長(zhǎng)量為:ΔL=n-1∑i=1[(Si+1+Si)Li2EB+Li(qiaig)2cos2δi12Si+1Si]+(Sn+S1)Ln2EB+Ln(qnang)2cos2δn12SnS1。(15)其中:δi為第i段的輸送段傾角;ai為第i段的托輥間距,m;Li為第i段的輸送帶長(zhǎng)度,m;qi為第i段的輸送帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量,當(dāng)有載時(shí)包括物料的單位長(zhǎng)度質(zhì)量,kg/m。在實(shí)際的帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)中,應(yīng)用此方法計(jì)算輸送帶的彈性伸長(zhǎng)量比較麻煩,膠帶的彈性模量也難以確定,輸送帶的生產(chǎn)廠家一般也并未給出。因此一般采用一種近似的計(jì)算方法去確定輸送機(jī)的張緊行程,該方法在實(shí)際應(yīng)用中能夠滿足要求。帶式輸送機(jī)張緊裝置的總行程包括安裝行程l1和工作行程l2。(1)緊裝置結(jié)構(gòu)尺寸的確定安裝行程是根據(jù)輸送帶損壞重新接頭所需要的預(yù)留長(zhǎng)度和張緊裝置本身結(jié)構(gòu)尺寸所確定的。一般按下式計(jì)算:l1=nlf+la。(16)其中:n為預(yù)做接頭個(gè)數(shù);lf每個(gè)接頭的長(zhǎng)度;la為張緊裝置本身的結(jié)構(gòu)尺寸。(2)機(jī)械帶固結(jié)率的計(jì)算工作行程主要指輸送機(jī)張緊滾筒的位移,它與輸送機(jī)所采用的啟、制動(dòng)方式以及輸送帶的類型等因素有關(guān),可按下式計(jì)算:l2=(ε+εl)L。(17)其中:ε為輸送帶的伸長(zhǎng)率(永久伸長(zhǎng)率和彈性伸長(zhǎng)率),一般由廠家給出,帆布帶取0.01～0.015,尼龍帶取0.0