机械毕业设计英文外文翻译394驱动轮输送带的牵引力与滑动的比较.doc
机械毕业设计英文外文翻译394驱动轮输送带的牵引力与滑动的比较
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机械毕业设计英文外文翻译394驱动轮输送带的牵引力与滑动的比较,机械毕业设计英文翻译
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1 附录 1 驱动轮输送带的牵引 力 与滑动的比较 A.J.G. Nuttall*,G. Lodewijks 迪福 特技 术大 学 , 传送 技术 和物 流管 理， Mekelweg 2 ， 2623 CD迪福特 ，荷兰接收于 2005 年 7月 13 日；在校接收于 2005 年 12月 15 日；被承认于 2006 年 1月 2日，网上发布于 2006年 3月 2日 摘要 ： 本文提出了用于水平带式输送机的现有模型的扩展 , 描述有弯曲表面的输送带的驱动轮的牵引力和滑动之间的关系。模型包括以麦克斯韦元件形式运行表面的具有黏弹性的橡胶。应用正确的要素之后，主要是解决彼此相连各元素（原来没有建模的）之间的交互作用 , 实验的结果表明模型能够很好地匹配，则带速在一定的速度范围内对牵引力有小的作用。 2006 Elsevier 公司版权所有。 关键 词 : 旋转关系；牵引力； 粘 弹性；麦克斯韦模型； 带式输送带； 弯曲带表面 1.引言 传统的带式输送机在输送大块矿石时，在输送系统的首部或尾部都会有一个缠有皮带的动力滑轮的驱动装置，如图 1 所示。这表明输送带系统的驱动结构中有单一的或是双重的驱动装置。但是，当需要两个以上的驱动配置时，问题就会出现。由于驱动轮不能放置 在沿运输带的绳缆任意位置，不影响矿石的滚落，不能充分利用分散动力系统的优点。 在多种复杂的驱动系统中，可选择性的驱动方法可以提供更大的布局柔性，还能增强直接作用在皮带表面的驱动轮性能，产生所需的牵引力。例如在 EnerkaBecker 系统 (简称 EBS )中，都会有一nts 2 些带有装在输出轴上驱动轮的马达形成一对驱动力，实际上可以放在沿皮带的任意位置。 Bekel 1 也提议使传统的驱动带底部变硬来弄平传送带，它可以用一对驱动轮带动起来。在传送带沿线任意位置设立驱动装置的自由度可以使系统设计者们有机会在部分组件出现故障时，通过平衡已安装的驱动力来控制皮带上的张力。这就是降低张力的关键，可以用同样轻型的皮带构造从而忽略传送带的长度。这将会降低成本，增强结构的柔性，也使组件的标准化成为可能。 对于常规的驱动带和驱动轮，如在 EBS 中的，产生的牵引力是由皮带与滑轮或驱动轮表面接触力和摩擦系数决定的。但是，随着驱动轮的外形使得磨擦不完全来自于皮带的张力，而是源自皮带与其运送矿石的重量和压缩轴产生的力。在常规的传送带中，由于驱动滑轮欧拉公式 2 的不同，常用来决定最大可转移的有效牵引力，而不能用于一个传送驱动轮输送机。所以，一 个新的模型需要明确表述，考虑材料、皮带的几何性质和驱动。 图 1 本文提出的就是一个像 EBS 的模型，描述了牵引与传送带驱动轮中滚动接触补片的滑动之间的关系。模型包括橡胶的黏弹性，作为一个 Maxwell 元素的阵列，与过去常用在 Bekel 1 系统中的弹性方法相比较。模型都与试验结果相比较。牵引 - 滑动关系是有作用的，因为牵引和滑动与正常的摩擦力相结合，极大影响皮带表面的磨损nts 3 率。在寿命内，为了防止带损坏，设定允许的最大限度磨损率，这可导致降低最大可转移的牵引。 2.基于 粘 弹性 的 摩擦力 建模 很多研究者都用 Maxwell 模型来量化滚筒在富有 粘 弹性表面滚动的能量消耗 3 5，与输送带穿过 托辊 相比。当皮带通过托辊时，橡胶表面迅速伸缩。因为橡胶表面材料经常会产生 粘 弹性，从而导致压力的不对称分配，也就是产生了阻力。通过实现 粘 弹性来推测阻力， Maxwell 模型主要用在三种参数格式。其中一种比较特殊，由Lodewijks6 描 述 ， 以 Winkler 的 基 础 或 铺 垫 结 合 为 三 个 参 数 化Maxwell 模型包括弹簧，彼此没有相互作用。因为在相互作用的组件之间的剪力无法测算可以忽略不计，从而使计算变得简单。尽管简化的结果可以表明输送带的运 行能够产生令人满意的效果。所以，Maxwell 模型参数同 Winker 的基础结合将会提供一个研究分析传送带驱动轮牵引力与滑动力关系的起点。 为了在 E BS 中能更详细描述出驱动轮对牵引力的影响，模型提供了两种途径。首先， Maxwell 要素的数量增加到可以在整个接触补片过程中提供模型与橡胶特性之间的有效结合。其次，一个毛刷模型也用于描述汽车轮胎 4 的橡胶轮胎面的作用也常来用来计算驱动轮与皮带之间由于滑动而产生的剪力。 这三个参数 Maxwell 模型，都是由系列中的单个的 Maxwell 要素组成，满足传统的输送带要求 ，因为在托辊与输送带之间可以描述为一系列的接触，由于持续的接触长度覆盖了接触区域使模型只能通过单一激振频率配合，使调整单个 Maxwel 时间常数到这个激振频率成为可能。但是，在 E BS 中，弯曲的运行表面，有一个椭圆的接触区域。基于在椭圆片中不同的接触长度，模型只好以一定范围的频率配合。图 2 即描述了模型是怎样演示皮带穿过托辊或驱动轮变化的过程。一个以角速度 运转的刚性滚筒施加到以皮带速度为bV运转的弯曲的黏弹性表面上，形成了椭 圆的接触区域。 在激振范围内，为配合以橡胶的 粘 弹性的模型，产生了附加的Maxwell 要素。一系列 Maxwell 要素近似黏弹性的特性，每个包括以nts 4 以硬度为iE的弹簧的弹力度和一个减幅系数为i的减震器。如图 3所示。理想的模型应该有无限多的元素组成，但是，由于实际情况与计算的原因，理想状况通过一定数量的要素到 m 简化了。 图 2 图 3 Maxwell 模型要素需要通过调整来适应在测量振荡试验中的带的黏弹性的复杂弹性模 量，材料承受正弦交变应力和应变 8， 9的情况下。图 4 表明橡胶用于 E BS 皮带的作用下的实验结果。这些实验结果有代表性地表达了如存储能模量 E ，损失模量 E 和损失因素tg 等内容。同时，提出了复杂的弹性模量和与其相关的内容如下： 一定数量的用在模型中的 Maxwell 要素 m 依赖于想得到的频率范围内所需复杂弹性模量的精确度。以可能的输送带的输送速度为6.1 sm/10 ，近似接触长度为 0.02m，激振频率范围从 80 到 500hz 。当要素的数量增加时，精确度也随之增加。但是，有越多要素的模型也会变得越复杂，增加更多计算消耗的时间，搜索开始条件以配合程序难度增加时对优化路线很好的集中。此外，由于执行最小二乘法，要素的最大数量由实验测量数据所限制，从而不可能有比数据节点更多的模型参数。 图 4 表示当使用大量的不同的 Maxwell 要素时，模型是怎样适应测量 E BS 黏弹性特性的。 图形清楚地说明了 有一个要素（或是三个参数值）的最简单模型产生不满意的在 srad /100010 之间近似值同改善的三个要素（或七nts 5 个参数值）之间的区别。有七参数的模型最终选为好的匹配，用于进一步的计算中。 图 4 弹力属性示意图 3正常的应力分 布 当在牵引极限内驱动轮施加了牵引力到传送带上，粘性和滑动区域存在于接触平面。 在 粘性 区由于 施加的 牵引 力 只有橡胶表面变形 ，而在滑动区域 因为表面的摩擦极限已经达到 ，橡胶表面也滑过轮的表面。为了 确定区 域的位置， 根据 库伦德 涣 汤定理，再建模时加入摩擦。 yxyx , （ 11） 式中 为 摩擦系数 。 要解这个方程 ,在 接触面 压力分布 (x,y)应首先确定 ， 接触面 压力 由 Z 轴方向的粘弹性表面的变形 定义 (见图 2 ) 。对于 这一计算的 假设 为 剪应力不影响正常应力 的 分布 ，也由 Johnson3使用。 如nts 6 果接触 区域与 滚筒 曲面 和橡胶表面 (如 x1R和2Ry)相比很小 ，刚刚压入表面的距离 为0Z， 然后接触面的变形可以 描述如下： （ 12） 以 恒定皮带 的带速 btxb dd 的稳定状态下， 以厚度 h 的 Winkle基本理论和 变形方程 （ 12） ( h yxw ,)，对于麦 克斯韦要素 的 微分方程可以 表示如下式： iibiiii hRxEEx （ 13） 该 微分方程可 由 设 定在 超前边缘 ya 之间的接触面 的 压 力等于零 或 ( ya, ) = 0 时 求解， 因为在第一个接触点 根本没 变形 出现。 求解方程揭示了在接触平面 内 压力 2201, 1 e x p2 m ii iii i iE E K xax y a x x a a KR h h R K 和 ibii EK （ 14） 合力 zF 可由 分布在整个接触 区域的应力分布的合力或式 dxdyyxF ccyaybz , . （ 15） 计算。 nts 7 尾缘的接触面位置 yb 的确定 可 设定 yx, 值 为零 。 4.剪应力分布 有了 计算的压力分布 和 测 得的 摩擦系数 ， 大部分 资料 可以 确定在 滑移带 内的 剪应力由 公式（ 11）确定。 下一个重要步骤 是 找出剪应力在整个接触面分布 是 粘带的剪应力 计算 。 在 粘带，接触表 面无无滑动 发生。然而， 牵引力 施加时，在驱动 轮 子 的外径和皮带之间出现 表观 速差或蠕变 。这个 表观速率 也称为蠕变速率 并 定义为： bib R (16) 式中 是驱动车轮 的 角速度 。 蠕变 速 率与剪切角 有关， 由下列公式计算 : hyx （ 17） 为了在粘性区域 建立 蠕变 速 率和剪应力分布 的 关系 ， 麦克斯韦模型 与刷子模型 相结合来描述剪切效应 。如 图 5 中刷子模型的描述是接触区域 内带的具有 代表性的简化 。 它分为刚性 元素 铰 接，并由放置在其基础上扭转 的 弹 簧 支撑。扭转弹簧的特性 也是基于 Maxwell模型 与 图 3 种的弹簧元素 相似 。 以 剪切模量 G ， 剪应力 和剪切角 替换公式（ 1）、（ 2）和（ 6）中 的弹性模量 E ，应力 应变 ， 分别导出了描述行为的 基础 元素 。在稳态条件下 ,使用变形方程 （ 17） 的微分方程描述每个麦克斯韦剪切元素可以写成 ： hGGx ibi iii (18) 为了获得黏弹性剪切参数，必须指导进行 附加 的 振动试验 ， 在橡胶试 验中试样承 受 的 剪应力和 应变。 然而 ， 事实上 ， 由于没有结果 的 剪切试验 是可行的， 剪切参数是来自正常应力试验和 在如 下列公式 帮助下转换得到： nts 8 12 EG(19) 如果假定 粘性区域开始于 接触面 的先导边缘，可以找到 微分方程 （ 18）的解决方案，在 粘带 内 屈服剪应力 为： maibiibis tic k axGhxaGhyx ex p1,0(20) 无论是 粘性区 和滑移 区的分布 现在可以 由 整合 计算 每个区 域 分开 计算的 剪应力 dydxyxdxyxccyybyays tic ktr a c tio n 1)(, (21) 其中代 t1(y)表 粘性区到 滑 动 区过渡线 。 它代表了那里边剪应力到达边界摩擦 ， 可以 求解： ytytstric k , 11 (22) 5.修正系数 修正系数 fs是为了弥补这样的事实 ,即 在 相邻弹簧 元 素 Winkler基 础 不包含剪切效 应，以 层的实际刚度 来 配合模型的刚度 。在这种情况下 ,驱动车轮以及带 间的 速度差 很 小 ， 尾缘滑移区变得微乎其微 。 由于在接触区域几乎没有滑移 ,发生速差或蠕变主要 由 由层刚度决定。 相应蠕变 速 率的 极 限 ，由 约翰逊 3获得， 用半空间近似 ， 是 ： ZiRFaF2 或 aRFF Zi 2 (23) 式中 iF 和 ZF 接触面宽度的每单位长度 来测 量 。 正 应 力 iF可表示为 接触区域先导边缘 距离的函数 。 bekel 1从下 从 列公式 得出 ,用赫兹公式 ： nts 9 ERFa Z 218 (24) E 是静态测量的弹性模量 。 与此方程正 应力 ZF 从 公式 （ 23） 中消去 。 为了配合刚度的 刷子 模型 , 切线在开始 于 模型的牵引 力 曲线与 公式（ 23） 描述的蠕变曲线 相 匹配 ，其可由下式计算 （ 25） 式中 和sf是修正系数。 tf由式（ 23） -（ 25）合并消去，给出如下修正系数： 模型的刚度由公式（ 26）中的系数测量的麦克斯韦参数补偿。 6.实验验证 在 E BS 和 验证模型 中驱动状态下， 进行实验测量牵引和滑 移的实际关系 。 试验过程中 ， 用 到 两个轮 子 ， 见图 .5。 一个轮 子由 钢丝 制成 ， 代表驱动轮 ， 是由电动马达驱动 ， 另一个 轮 子均由 胶带 覆盖 ， 有 橡胶层 mmDDbd 500硬化在其上，它 也是连接到电动机 上，用作可调式刹车 系统。 每个电机轴 上的 应变计测量产生 的 转矩 。 可调弹簧也可以用来 把 制动轮 放到 传动轮 ， 使 其 能够控制接触力 。 两个轮子的直径选 成相 等 的 ,当作用力相反时，生成互相接触补片。与在 E BS 中，在 传动轮 ( mmD 250 )和带 之 间 的 补片相比较 。 从每个 实验的 开 始 ， 接触力和驱动车轮的转速设定 成所需值 。 为了弥补减少制动轮直径 的 橡胶层 的 压痕 ， 速度的制动轮调整仅低nts 10 于同步 转 速 ， 直至制动力矩降低到零 。 从这个角度 考虑 ， 当 实测牵引力为零时 ， 牵引滑 移 曲线所造成的相继降低 将导致 制动车轮速度和测量由此增加 24% 28%。 同时 它也显示了曲线 ， 计算结果与实际给出的粘弹性模型 ,同时 用来形 容牵引滑移关系的一 个车轮驱动 橡胶带 。 bekel1采用了一个类似半空间的做法形容约翰逊为线接触涉及完全弹性材料 ， 其中 结 果 为： ZiR FFra 11 和 21111 rrrR (25) 结果表明 ,提出的 Maxwell 模型提供了一个很好的匹配值与实测值低 的 接触力 。 随着接触力的增加 ， 从模型低估了实际的 24% 28%。由于粘弹性 的影响 ， 粘弹性牵引 ， 不同曲线计算 ， 如果以不同的速度 ， 结果经常 与 接触力 速度范围从电子布的标准皮带速度 1.6 sm/ 增长到 以一个潜在的高速应用与皮带速度 。 图 5 nts 11 图 6 速度分析与 N100zF 曲线图 . 6 建议这 个 牵引跌幅在压纹速度 将 以最大的降低发生在中间的滑动范围 。 但是 ， 这种影响似乎很小 ， 在可行的范围内速度的带式输送机 。 随着速度的影响在同一量级的测量误差 ， 可以断定 ，在这种情况下 对 粘 弹性 部分的橡胶制品性能的影响很小 ， 关系牵引滑移 。 7.结论 本文表明 ,扩大到三参数 Maxwell 模型用来计算 作用在黏弹性层的滚筒 滚动阻力 是 有可能 的，包括想要的特性来决定牵引力和滑移之间的关系。 这种模式有很多简
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