圆管带式输送机运行阻力有限元模拟分析

摘要

圆管带式输送机是在槽形带式输送机的基础上发展起来的一类特种带式输送机，它具有实现物料双向封闭运输和避免环境污染的特点。在其运行过程中，由于受到物料和输送带自身重力的影响，输送带与托辊相接触的部位会产生凹陷，阻碍输送带的运动，从而产生运行阻力。运行阻力造成的能量损耗约占整个输送机系统能量损耗的60％，因此通过对圆管带式输送机运行过程中阻力的研究是设计其高效驱动系统的基础工作。本文通过试验测得了输送带的粘弹性力学参数，建立了输送带各向异性特性的有限元模型；将辊子看作刚性元件，对圆管带式输送机的直管段、过渡段和弯管段进行有限元分析，研究圆管带式输送机运行过程中阻力对输送带的影响，通过有限元模拟分析影响运行阻力的因素。具体工作包括以下几个方面：
　　（1）对圆管带式输送机过渡段、输送带表面橡胶超弹性本构模型和圆管带式输送机运行阻力研究现状进行了总结。
　　（2）采用拉伸试验、疲劳试验、松弛试验对比了输送带横向及纵向两个方向上的黏弹性力学参数的差异；采用摩擦磨损试验机、电子天平和超景深显微镜得到了输送带表面摩擦系数、磨损量及表面形貌随载荷和速率的变化规律。
　　（3）将传统带式输送机压陷阻力模型及圆管带式输送机压陷阻力模型进行了对比，分析了物料、输送带和皮带张紧力对托辊法向力的影响。
　　（4）对圆管带式输送机弯管段、直管段以及过渡段进行了有限元分析，分析了托辊间距、托辊直径、转弯半径、管径以及载荷对弯管段输送带自身应力的影响，得到了弯管段输送带位移及应力云图；分析了直管段输送带与托辊间的接触应力和辊子直径对输送带压陷阻力的影响，得到了直管段输送带应力云图，并对六边形辊子受力进行了分析比较；对圆管过渡段成形过程进行了有限元分析，得到了圆管机过渡段输送带应力云图。
　　（5）对圆管带式输送机托辊结构进行了优化，其优化后的结构能降低运行阻力和输送带与托辊间压陷阻力的大小，能起到节约资源降低能耗的作用。

目录

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第1章 绪论

1.1 选题的背景与意义

1.2 圆管带式输送机简介

1.3 圆管带式输送机国内外研究现状

1.4 本文的研究内容

第2章 圆管带式输送机输送带黏弹性力学模型及实验研究

2.1 概述

2.2 输送带的黏弹性模型

2.3 输送带黏弹性力学参数实验研究

2.4 本章小结

第3章 输送带运行阻力研究

3.1 圆管带式输送机压陷阻力模型

3.2 托辊与输送带的法向力研究

3.3 本章小结

第4章 圆管带式输送机运行过程有限元模拟

4.1 圆管带式输送机弯管段受力分析

4.2 圆管带式输送机弯管段有限元分析

4.3 圆管带式输送机直管段有限元分析

4.4 圆管带式输送机过渡段有限元分析

4.5 圆管带式输送机辊子结构优化

4.6 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间所发表的论文及参与科研项目