【《带式运输机传动滚筒设计理论基础综述》3900字】

带式运输机传动滚筒设计理论基础综述1.1传动滚筒的选择及其传动理论传动滚筒根据其不同结构能够划分为钢制光面滚筒、包胶滚筒、陶瓷滚筒、电动滚筒等。我们能把输送带视作理想化模型，将皮带看作是一种可以任意挠曲，不受弯曲应力作用的挠性体，同时忽视其本身重量所产生的力，如重力`G`和惯性作用力时，根据欧拉公式，紧边张力和松边张力有如下关系[4]：（1）上述公式表示了动力传输的关系，也就是传动滚筒所传递的圆周驱动力是：（2）式中μ代表输送机皮带与筒体间的摩擦系数；λ代表筒体与输送带有相对弹性的滑动弧产生的圆心角，rad，λ<α；α代表围包角。在图1中，从绕出端到绕入端的张力按指数函数变化，因为输送带是一种弹性体，张力减小时，伸长也随之缩减。图1传动滚筒上输送带张力变化图Fig.1Variationdiagramofconveyorbelttensiononthedrivingdrum故输送带在传动滚筒上由绕出端向绕入端方向进行弹性滑动。当角度在C之时，输送带的张力已经是，所以在γ角度区间输送带张力不上涨，也就不会产生弹性伸长的变化，输送带在滚筒上不做弹性滑动。将有弹性滑动时所对应的弧段叫做利用弧，利用弧所对应的圆心角叫做利用角，用λ代表，而将γ叫做备用角，其所对应的弧段叫做备用弧[4]。因此，只有在利用弧内形成摩擦力进一步传递驱动力。当绕出端张力不改变之时，随着所需要传递的驱动力的上升中，利用角和绕入端的张力也随之上升。利用角最大值可达到α，因此绕入端的最大张力必须达成。（3）所以，传动滚筒可能传递的最大驱动力表达：（4）现代研究发现，利用弧不是单纯性弹性滑动，其实有着输送带和滚筒之间的滑——粘效应（Slip-Stick效应），即形成摩擦力的原因不但包括输送带和滚筒之间的弹性滑动，还包括了输送带和滚筒之间的粘滞作用。这样摩擦系数要超出单纯滑动的摩擦系数。当运行阻力时，传动滚筒的传递驱动力的关系不再成立，这时候传动滚筒已没有办法传递超过的驱动力。当驱动装置提供驱动力时，就会形成输送带在滚筒上打滑现象，也就是输送带无法运转，而传动滚筒还会因为驱动装置转动。在打滑时，输送带和滚筒的摩擦力就会变成热能，严重时会将输送带烧毁。为了防止事故的发生，在设计传动滚筒所能够传动的驱动力要有备用。将备用系数确立成：（5）式中代表传动滚筒需要传递的驱动力，N；代表传动滚筒可能要传递的最大驱动力；`ξ`代表传动滚筒传递驱动力的备用系数1.3~1.5不可忽视的是，此时的备用系数ξ并不是为达成摩擦传动备用系数，而是相对起制动时动载荷的备用系数所用的。符合摩擦系数传动的备用系数在选用摩擦系数时就会关注到。所以，当围包角和绕出端张力恒定时，传动滚筒传递的驱动表达为：（6）当围包角和传动滚筒所需传递的驱动力恒定时，绕出端的张力表达为：（7）所以，强化驱动力能够从三个方面下手：（1）提升拉紧力提升初张力能够让输送带在传动滚筒绕出端的张力上涨。通过增大拉紧力的方法会使输送带的最大张力提升，也有可能使驱动装置的结构尺寸变大，进一步提升设备的投资。另一方面，适当提升拉紧力对输送带在较好的工况下工作是有益的。因此需要经过经济技术比较来选取较恰当的拉紧力。（2）提升围包角当输送带所需驱动力较大时，提升围包角能够防止过大的拉紧力，提升围包角的方法是添加增面滚筒或采用多滚筒传动，而且用多滚筒传动时，也能够降低每个驱动单元的单机容量。（3）提升摩擦系数其具体措施是在传动滚筒上覆盖摩擦系数较大的材料，如橡胶、陶瓷、木衬等。1.2传动滚筒筒壳内外表面的应力传动滚筒的设计通常按照输送带张力和输送量来确定滚筒直径和输送带宽度（滚筒宽度），但筒体和接盘的受力及变形情况到现在也无权威的观点。除了滚筒轴有较成熟的计算公式外，筒体厚度、接盘厚度的计算一般都通过经验公式进行，筒壳、辐板的厚度都按照计算得来的轴承部位的轴径进行确定，所以假若在传统计算方法的基础上对传动滚筒各部位的结构及受力进行考校，对其基本结构参数做出设计，对强化驱动滚筒乃至带式输送机的使用寿命是非常有效的[5]。其受力分析示意图如下图2所示。图2传动滚筒受力示意图Fig.2Schematicdiagramofforceondrivingdrum传动滚筒是通过等厚度薄钢板卷制而成，接头处运用焊接处理，传动滚筒在运转，筒壳禁止产生塑形变形，所以要把传动滚筒筒壳当作弹性圆柱薄壳问题进行求解。为了计算更加方便，筒壳的两端能当作间支[6]。而闭合的圆柱壳在间支边界条件下，能获取在外载荷作用下传动滚筒壳体内应力的计算式：纵向薄膜力、切向力、平错剪应力S、纵向弯矩、切向弯矩、纵向扭矩。在上述不同内力的作用下，传动滚筒筒壳内表面及外表面上形成的应力比同点壳体内的应力大。壳面上的应力可根据下式计算：式中t代表筒壳的厚度，cm；代表筒壳的纵向应力，pa；代表筒壳的切向应力，pa；代表筒壳的剪应力，pa式中