第三章张力计算及驱动原理复习过程

1、第三章张力计算及驱动原理精品文档收集于网络，如有侵权请联系管理员删除第3章张力计算及驱动原理张 力输送机牵引构件内的拉紧力。主要包括：1）张紧装置形成的初张力（予张力）；2）克服各种阻力所需的张力；3）由动载荷所形成的张力。静张力包括初张力和克服阻力所需张力，包括 1）和2）；动张力由于动载荷所形成的张力。张力计算的目的是确定输送机牵引构件的最小张力和最大张力，以便选择强度合适 的牵引构件。另一目的是确定驱动装置传递的圆周力，最终确定电机的功率。为进行张力计算首先进行阻力计算：3.1阻力计算牵引构件的运动阻力可分为三类：1）直线区段阻力；2）曲线区段阻力；3）局部附加阻力3.1.1直线区段阻力

2、现考虑某一输送机（图3-1）。斜长为L（机长），m;倾角为，向上输送，牵引件图3-1直线段阻力速度为v;线载荷为q , N/m,取一段La研究（对带式输送机有）：q q物 q带 q式中q转动部件线载荷；牵引构件受力：物料正压力：qLaCOS ；物料自重分力：qLaS in ；1、向上运动此时，阻力向下。有：9 Sb ( qLa cosqLas in )2、向下运动此时，阻力向上。有：Sb Sa ( Laq COsqLas in )牵引构件沿支承装置运动时的阻力： qLaCOS由上面两式知：牵引构件沿运动方向内任一点的张力等于后一点张力与该两点间区 段上的阻力之和。因此，ab两端的张力之差，就表

3、示该区段的运动阻力：向上：WaSaSbLaq(cossin )q( L H )向下：WaSbSaLaq(cossin )q( L H)直线段张力计算：Sj Si 1 W运行阻力：Wa q( L H)单位长度上阻力:PaLaq( cossin )a、线载荷q的讨论:q分为有载分支和无载分支。有载：q q q 物 q式中qo 输送机牵引构件线载荷；q物物料线载荷；q输送机有载分支运动部分线载荷；无载：q qo qq “ 输送机无载分支运动部分线载荷；b、运行阻力系数滚轮道轨时图3-3滚动摩擦阻力与牵引构件和支承的结构形式有关、与运行情况有关。分三种情况讨论：1）滑动：牵引件直接在导轨上滑动，此时=

4、f式中f滑动摩擦系数。2）滚动（如滚子链作牵引件）（图3-3）Co2kD装在牵引件上的滚轮沿导轨滚动时，克服下列阻力: 1）滚轮轴颈处摩擦阻力；2）滚轮与导轨的摩擦阻力摩擦力矩：E kN碍N（k 1）式中轴颈处滑动摩擦系数， =0.50.6 mm ;k 滚动摩擦系数。克服摩擦力矩所需圆周力:力矩平衡：F D Mf F 2Mf 2 (k2D D2k dD故有:?)N考虑到轮缘端面歪斜和安装不Jill皿川川川呗III匕准，加一修正系数Co:亠Co图3-4在滚柱上运行1.2 1.3骨动轴承1.5 1.8滚动轴承3）在固定支承的滚柱（托辊）上运行）（图3-4） 目前，输送机械日益向高速方向发展，为适应

5、这一发展趋势，国内外对牵引构件（输送带）在固定滚轮（托辊）上运行的阻力作了大量的理论和实验研究，研究结果表明固定滚托辊运行阻物料碰撞阻主要阻I-一L力力附加阻 物料与带在加料处阻 特种阻力乜侧托辊前倾阻力 提升阻力（自重的分力产轮上的运行阻力包括:运行阻力系数考虑了其主要阻力:0.0150.035平 托辊0.0150.04 槽托辊其它阻力可单独计算。3.1.2曲线段阻力为改变输送机牵引构件的运动方向，需要改向装置。改向装置常用的有滚筒，滑轮，链轮等。 牵引构件绕过这些改向装置时由直线段变为曲线段，在曲线段上有阻力产生。另外绕过曲线导轨时也 有阻力产生。1、考虑牵引件绕过改向滚筒 （链轮）时的阻

6、力阻力包括两部分:僵性阻力。轴承摩擦阻力；牵引件1）轴承摩阻Po克服支承面上的摩擦,折算到圆周上的力Pon为:Po= N（力矩平衡:DNd )2 2Po -式中:正压力，不计轮重时,图3-5绕过滚筒或链轮的阻2Ssin -2轴径与轮径之比，d =0.10.15 。 D0.10 0.15（滑动）摩擦系数，、亠0.020.03（滚动）所以有:Pod .2S sin D 22）僵性阻力Po”PoS式中僵性阻力系数;1）牵引构件为链条时:2 1D其中1 链条关节摩擦系数;关节直径与轮径之比D2）牵引构件为输送带时：其中 输送带厚度;D 轮径3）牵引构件为钢丝绳时:其中d 钢丝绳直径;D 滑轮直径克服上

7、述两种阻力所需圆周力:1.23 d6/5dP0P0P0S（2 Dsin2） S式中曲线区段阻力系数，=0.020.08图3-6在曲线道轨上结论：牵引构件绕过曲线段时，由于摩擦和僵性而产生阻力，为克服这些阻力，有:SSc 1称为张力增大系数。通式：注意：要区别曲线段阻力系数 与张力增大系数c2、在曲线导轨上的阻力计算公式：S cSi 1（1 ）S 1滑动： TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark28 o Current Document S S 店fcef, ef1II 1滚动：SI SI 1e c ee 1托辊上运行：Si Si 1e（0.01）3.2牵引构件张力

8、计算3.2.1逐点张力法前面我们已讨论了直线段和曲线段阻力的计算，并得到公式：S S1 w和S CS1。现在来计算牵引构件的张力。如图 3-7所示尺寸及各直段阻力。 情况I :驱动装置在头部（图3-7）1）由线路布置确定各段尺寸，L1、L2、L3、L4 ；有载、无载分支线载荷q，qo、各 段阻力系数、张力增大系数c ；2）确定特征点1，2，3，4，5，6，7，8 （初始点选驱动轮绕出点）；3）阻力公式：W q（L H）4）张力公式：Si S 1 WS| cS 1然后按次序依次计算, 这种方法称为逐点张力法。从第1点开始，设Si已知S2535455565758W1 S1S3 W2S5W3C67

9、S6S7W4将上述各式依次代入后有:S8G37C45C23WC67 C45W2C67W3眼二4r十一一応E11HLqLJ图3-7头部驱动情况II :驱动装置在尾部（图3-8）不能按上述顺序计算。因在4,5间是驱动滚筒，不再有关系：S5 cS4。重新选定特征点：设Si已知,S2S8的计算式与前面的相 同，但最终的计算结果却不同。*注意：用逐点张力法计算L?图3-8尾部驱动时，不能经过驱动装置在式：S8C67C45C23WiC67C45C23IC67C452C57W3中，为简化计算取c 3 C67C45C23 （平均值）。则：S8 c3（W1 S1） c2W2 cW3 W4S8绕入驱动轮的点的张力

10、，用 S入表示;Si 绕入驱动轮的点的张力，用 S出表示。所以有：S入 c3（W1 S出） c2W2 CW3 W4传递的圆周力为：P S入S出将S入代入，有:P (c3 1)S出 c讪 c2W2 cW3 W4n般公式:式中ncW 1 inP (cn1)S出cWn 1 i改向装置数目（改向次数）i 03.2.2最小张力1、最小张力的作用 为了防止牵引构件产生太大的垂度，保证驱动装置正常工作及工作构件工作时的稳定性，故需要保证牵引构件上的最小张力不小于某一允许值所以，多数情况下,最小张力是已知的,因此在进行牵引构件张力计算时，通常是从最小张力点开始2、概念最小张力最小静张仁 最小工作张力最小静张力

11、输送机安装完毕后牵引构件承所受的予张力（静止状态下）。在输送机整个线路上各点予张力相等。图3-9两支承间牵引构件下垂几乎不影响垂度，所以忽略。对链式输送机：100 200kg(L50m)S静min200 300kg(50 L 100m)300 500kg(L100 m)对带式输送机：S出 W其中：S入e S出S出入e最小工作张力保证输送机正常运转时，牵引构件中的最小张力3、最小工作张力的确定(a)按两支承间牵引构件的最小垂度确定如图3-9所示倾斜带式输送机，两托辊支承间一段牵引构件(输送带):托辊间距为I，其上载荷均布：q q物q带，张力Sa和Sb拉紧悬垂段A-B，因垂度很小，为简化计算认为载

12、荷 均布在直线段AB上，而不是在曲线 上。将 q分解为 qsin 和qcos 。因qsin作用方向平行于运行方向,精品文档匚O口sincos图 3-10dxcyxymaxmax对散状物料(b)按驱动装置正常工作条件来确定收集于网络，如有侵权请联系管理员删除取OC段分析，由平衡条件有现考虑qcos的影响，根据载荷的均匀性，可以确定悬垂曲线在坐标轴 0Y两边是对-xqcosSmin0时y 0SySx位置在x=0处，数值上在x消去ScSc sinxq cosS)cosSminfmax 0.025l故得带的最小工作张力应满足Smin5ql cos2qx cos2Smin-时垂度最大为2ql2cos8

13、Smintg寻xq cosSmin称的(如图3-10)。Smin期 cos8 f maxdy尹cos dxmin2x qcos minc 0精品文档收集于网络，如有侵权请联系管理员删除以摩擦驱动为例(图3-11 )，要保证传动滚筒不打滑，应满足欧拉公式：S入e S出临界状态为:式中牵引构件与传动滚筒间摩擦系数;围包角，rad传递的圆周力:PS入 S出(e1)S出S出 eP1(c)链式输送机以刮板输送机为例,取一个链节为分离体研究。对0点取矩:Mo 0，有:an；n + P图3-12链节受力SminSin(Smin2P)2sinPh cosPh简化后得：SminttgP水平区段的阻力,P (q物

14、qo)l式中q物物料线载，N/m；q。牵引构件及相连的运动部件的线载，N/m；刮板沿槽底的滑动摩擦系数;刮板沿槽底的滑动摩擦系数;l两相邻刮板的间距。通常，刮板高度h、链条节距t为已知，为保证刮板的工作稳定性，一般取2 3 o3.2.3张力图解法图3-13张力图解的线路布置图张力图解的特点：使输送机牵引构件的张力一 目了然，特别是对复杂线路的输送机更是如此。但准 确度较差。另外，图解法还可选择驱动装置的有利位 置。51525354S出 S cS2S3W1W2式中:wq(LhH)qL(cossin )W25(LhH)q1L(cossin )逐点张力计算：q牵引构件单位长度重量，N/mqi q q

15、q物料线载荷，N/m有载分支阻力系数；无载分支阻力系数。图3-14张力图解建立坐标系如图3-14。横轴为长度，纵轴 为力。直线段阻力呈线性变化，故直接连线。在 图3-14中，圆周力P S43、张紧力（予张力）G S2 S3、最大工作张力为S4、tg 0 qo（ cos sin ）、 tg 1 q-i （ cos sin ）。以上作图是假定各点张力为已知，实际上往往已知下列条件：a）轮廓尺寸、b）某点张力、c）直线段单位长度阻力、d）张力增大系数。由这些条件来作图。方法步骤：1）选疋比例，划横轴输送机轮廓尺寸；2）选定比例，作某一已知张力点（如最小张力点）;3）由已知点连接相关的正切斜线；4）连

16、成折线。3-15（水平布置）图 3-15例：某一输送机的线路布置及轮廓尺寸如图已知：W1=150 N，W2 =800 N，c=1.04，=0.3，=180 ,q=78 N/m ，1=1.2 m。求:用图解法确定张力；2）校核最小；3）求予张 力。解：1）设S1已知，S1 150cS1.04（0150） S3 W1 1.04S1 956由不打滑临界条件：S4 Se2.53S1联立求得：3485N,S2635N,S3660N,S41460.7N2）作图（图3-16）图 3-16Smin (45)ql374.4 468.0S1为最小工作张力S1485 SminS3为最小工作张力S3660 Smin所

17、以合格。G S2 S31295N若先选定再求S1和S4，则用不打滑条件校核。解：1)设S1已知，S1 150Ss cS1.04(0150)S4 S3 W 1.04S1 956由不打滑临界条件：S4 Sie2.53Si联立求得：Si 485N,S2635N,S3660N,S 1460.7N2）作图（图3-16）图 3-16Smin (45)ql374.4 468.0Si为最小工作张力Si 485 SminS3为最小工作张力S3660 Smin所以合格。G S2 Ss 1295N若先选定G再求S1和S4，则用不打滑条件校核。3.3驱动装置有利位置的选择及驱动功率计算前面我们已学习了用解析法求输送机

18、各点的张力、确定最小张力及，张力图解法。本节我们由 张力图解合理选择驱动装置的位置以及驱动功率的计算。3.3.1驱动装置有利位置的选择在设计输送机时，应使牵引构件的最大张力为最小。其目的是使牵引构件的尺寸、重量和价格 减小；直段和曲段运动阻力减小；能耗降低；牵引构件和改向装置的摩损降低。原则是有载分支牵引构件的最小张力不小于最小允用张力。由张力图解可选择驱动装置最有利的位置。设想将驱动装置设置在下滚筒处（如图3-17），为使输送 机能正常工作，有载区段的最小张力不应小于最小许 用张力Smin，故S3保持不变。由S3开始作张力图（图3-18）。SmaxS4G S2S3图3-17驱动装置位置确定原

19、最大张力为：现最大张力为： SmaxS2GS4S1比较两种驱动装置的位置可见，驱动装置 在头部时牵引构件内的最大张力较小，张紧重锤重 量也小的多。而驱动装置在尾部时牵引构件内的最 大张力较大，且张紧重锤重量也大的多。结论：驱动装置应放在卸料处，倾斜布置的输送机放在头部更有利。以上是简单线路的输送机，实际上用 解析法也可计算出不同位置时的张力情况，图3-18不同驱动装置位置时的最大张力而对复杂线路的输送机，用图解法就一目了然，减轻了计算工作3.3.2驱动功率的确定驱动装置位置已选定，牵引力已确定，输送机工作速度V已定后即可计算驱动（电机）功率N。驱动滚筒（链轮）的轴功率N。：0 S出）VPv10

20、001000kw电机功率:N kN0 k（S入 S出）V k PV kw1000 1000式中k功率备用系数；传动效率，查有关手册3.4摩擦驱动前面我们已学习了挠性牵引构件输送机闭合轮廓上各点阻力、张力计算，张力图解，牵引力（圆周力）和功率的计算。本节将讨论在驱动轮上牵引力是如何传递的。3.4.1摩擦驱动的应用情况摩擦驱动驱动滚筒靠摩擦力将圆周力传递给输送带、钢丝绳或焊接链。牵引构件不打滑的条件：牵引构件有足够的张力；接触表面有一定的粗糙度;足够大的围包角。应用：无极带用于带式输送机和斗式提升机；无极焊接链用于低速斗提机。3.4.3单滚筒驱动所示:P S 入S出在公式S入e S出中，当S入e

21、S出时，包角已全部利用。而实际情况是e S出。因为 不变，故包角 未被充分利用，因此引出利用弧和静止弧的概念。从滚筒的绕出点考虑。如图3-20N 利用弧,S入S出两边取对数后有：In S入In S出N极坐标表示利用弧和静止弧的张力图图3-20利用弧与静止弧解如图3-21342摩擦驱动理论欧拉公式:符号说明同前。传递的圆周力:在静止弧段内不传递圆周力，张力不发生变化。它是圆 周力的一种储备。某种意义上也可理解为安全系数。如果静止 弧消失，则围包角全部被用来传递动力（如带式输送机启动时） 此时，S入S出 e达到极限，超出此值就要发生打滑。牵引件的伸长情况：在利用弧段，牵引件与滚筒间有相对滑动；在静

22、止弧段 牵引件与滚筒间无相对滑动。图3-21圆周力传递图3-22双滚筒驱动入344双滚筒驱动可以认为双滚筒驱动是单滚筒驱动包角的继续增大而形成的，即当i和2全部利用时:S入e 1 1Sze 2 2SZS出S出若 1 2，则 S出 e e TOC o 1-5 h z 若不存在静止弧(包角全部利用)，第一滚筒传递的圆周力P i，第二滚筒传递P2 , 则理论上可达到的两滚筒的最高传递圆周力之比i为：RS入SzSz(e 1 11)S出e 2 2(e 1 11)P2SzS出S出 (e 2 21)Pe 1 1 1i P1 - e221 (两滚筒传递的圆周力之比)P2e 2 2 1RF2 S入S出S出(e1

23、 1 2 21)实际情况中：1 212 2P12i e 2P2PS出(e1)若=180 ，=0.25，贝U e 22.19 2.2。因为e 21，所以理论上第一滚筒应是传力的主要部分。如果有静止弧，则第二滚筒的包角2首先全部应用，第一滚筒上有静止弧。可见：双滚筒驱动中两滚筒传递的功率并不相等 .。3.5啮合驱动3.5.1概述啮合驱动驱动链轮上的轮齿与链节啮合将圆周力传递给链条。多用于链式输送机中。由链条受的最大张力来确定链条的尺寸，而计算链条的强度时，必须考虑动载荷的 影响。动载荷产生的原因：输送机启动和制动时牵引构件的加速和减速；输送机稳定工作时速度的变化。3.5.2链条运动学牵引链条绕入和

24、绕出链轮时的速度加速度变化规律。在机械振动中有公式：x(t) Asin( t )式中A 振幅；相位角。借助于这一公式，在这里 A为链轮半径R，所以有：牵引链条速度：x v R cos( t )牵引链条加速度：x a R 2aiR sin( -) R sin()zz sin( t )开始啮合的时刻t = 0。如图3-23(c)所示，设z为链轮的齿数，则每个链节的角度为 ，而半个链节的z相位角为，牵引链条刚啮合上链轮时的相位角为初始相位角，所以有：zzv R cos( t )z2a R cos( t )z链节在刚绕上链轮的位置Ai，t = 0,有：vi R cos( ) R cos()zz在位置A2,t ，或 tz，有: zv2 R a2 0示。在位置A3,a32-，有: zR cos(-)z2 .R sin z速度、加速度变化曲线如图3-23（a）、（b）所角速度 与链条平均速度v平的关系:链轮每转动一个链齿（转角2 ）的时间为zrK.H II、Q(b)21，平移一个链节所需时间为z图3-23牵引链条的速度和加速度的惯性力ma同样程度地被SA和S