带式输送机动力学设计参数的计算方法

摘要

一种带式输送机动力学设计参数的计算方法，属于机械设计技术领域，该方法包括建立带式输送机动力学方程和求解动力学方程两部分，输送机系统的动力学方程是由输送带单元、驱动单元、拉紧单元动力学方程组合得到；求解动力学方程由动态过程的运行阻力、输送带总长度、各区段单元长度、各输送带单元的正弦及余弦值、各托辊参数、单元上物料载荷、滚筒质量和驱动质量、输送带各单元质量、单元的刚度和阻尼、形成质量、阻尼、刚度矩阵和力阵、启动过程和停车过程的计算得到。此发明的动力学方程概念清晰准确，给出了连续模型动力学方程的边界条件和初始条件，更加接近运行阻力的实际情况以提高数值求解的准确性，为带式输送机的设计提供了科学的依据。

说明书

技术领域

本发明属于机械设计技术领域，特别涉及一种带式输送机动力学设计参数的计算方法。

背景技术

现有的带式输送机的设计通常采用的是标准的计算方法。例如德国的DIN22101，国际标准ISO5048，美国输送机制造协会CEMA标准，以及Goodyear，和Goodrich计算方法。我国过去通常采用的是TD75计算方法(该方法基本上是沿用前苏联的计算方法)或国际标准ISO5048计算方法，1994年发布的DTII型固定带式输送机设计选用手册采用的是国际标准计算方法。

实践证明这些标准的计算方法设计出的普通带式输送机，取得了良好的效果。标准的设计方法是多年积累短距离输送机的设计、使用经验形成的，在过去，很少对输送机的动态问题的研究，未能很好地揭示输送机运动过程中的本质问题，对于长距离、高速的输送机设计，一些虽然在普通带式输送机中存在却影响不大的问题显得突出起来。如输送带的投资费用过高，输送机的运行阻力计算不准确，选择的输送机的驱动电机的功率过大，设计出的拉紧装置不能正常使用等问题。

同其它设备一样，大型带式输送机的根本问题也是经济上合理和技术上的可行性问题，特别地，由于带式输送机设备功能的单一性，良好的经济性是其存在并发展的最根本的因素。

发明内容

针对现有带式输送机设计中存在的问题，本发明提供一种带式输送机的动力学设计参数的计算方法。1.1带式输送机系统的动力学模型

带式输送机是一个复杂的机电系统，它是由闭环的承载输送带、托辊、驱动装置、拉紧装置、改向滚筒构成的系统。输送带运行的驱动力由驱动装置提供；拉紧装置给系统提供必要的拉紧力：改向滚筒给输送带导向；托辊的作用是减小输送带的挠度。在输送机系统的起、制动过程中，主要影响因素是：输送带的力学性质；输送机的运行阻力；驱动装置的机械特性及其控制方法；输送机的起、制动的工况；拉紧装置的动力响应；输送机的线路和载荷状况。

在建立输送机动力学方程时作以下假设：

(1)在动态过程中输送带可看作是具有几何变形的杆；

(2)物料在承载段均匀分布；

(3)托辊的旋转部分的等效质量在承载和回程段上沿带纵向均匀分布；

(4)运行阻力在承载段和回程段在输送带纵向均匀分布，且阻力系数与带速成线性关系；

(5)将驱动装置、拉紧装置和改向滚筒都看成是刚性的；

(6)缠绕在滚筒上的输送带段，按刚性考虑并忽略质量。

在输送机线上输送机运行阻力包括主要阻力、倾斜阻力和托辊前倾阻力。倾斜阻力是由物料提升或下降产生的阻力，倾斜阻力在已知料流的情况下可准确地计算，前倾阻力是输送机的一种特种阻力，它由为防止输送带跑偏将托辊设置成前倾产生，前倾阻力可以采用标准中的计算方法进行计算。

输送机的主要阻力是综合的模拟阻力系数与物料、输送带和托辊作用在与输送机垂直方向的重力相乘，在一般的工程设计中，输送机的运行阻力是按定值进行计算的。研究表明：输送机的综合阻力系数并不是一个定值，它和许多参数有关，在输送机的动态过程中输送带的不同点、不同时刻的速度是不同的，需考虑阻力系数和带速的关系。

Vierling研究表明：在速度1.5m/s＜v＜5m/s内，近似地采取与速度的线性关系。

输送机的主要阻力包含由摩擦产生的部分，在处理时将其看作摩擦阻力，前倾阻力也是由托辊和输送带之间的摩擦产生的，我们知道物体间的摩擦阻力是和物体间的相对运动方向有关的，由摩擦产生的阻力的方向决定于物体间的相对运动方向；倾斜阻力的方向是重力沿输送线的分量，它与运动方向无关。所以，将输送机的运行阻力处理成与运动方向和速度无关的阻力、与运动方向有关与速度无关的阻力和与运动速度有关的阻力三个分量。

输送机上作为承载和牵引元件的输送带是由橡胶和钢丝绳构成的，将输送带按粘弹性处理。考虑输送带挠度对刚度的影响采用等效的刚度，等效刚度与输送带的刚度、输送带的张力有关。

在建立动力学模型时，把驱动装置所提供的驱动力作为系统的输入。考虑到输送机拉紧装置的作用，将输送机离散为闭环和分枝结构。图1为输送机的简图和力学模型。图中u_i，m_i，k_i，c_i，w_i分别是各单元的位移、质量、刚度、阻尼和阻力，m_ti，F_i分别是拉紧装置的质量和驱动装置的驱动力，输送机的运行阻力为