送机纵向动力学研究

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1、送机纵向动力学研究　　【摘要】本文对带式输送机的纵向动态设计理论进行研究，建立胶带的粘弹性体模型，通过有限单元法建立整个带式输送机的力学模型，对待是输送机进行动态特性分析。　　【关键词】胶带带式输送机纵向动态动态特性　　【中图分类号】G64.26【文献标识码】A【文章编号】　　0引言　　传统的带式输送机设计方法是把胶带作为刚性元件，把整个系统的回转部件作为等效单一的集中质量，分析的理论依据是牛顿刚体力学。事实上，这种方法过于简单，对较长距离带式输送机无法作出正确的描述，特别是对高速大功率带式输送机起制动时出现的一些问题

2、无法作出符合实际的分析，原因在于传统的刚体力学模型没有考虑胶带的粘弹性力学特性和物料的散体特性。因此，必须从理论和实践两个方面抓住问题的实质―力学模型的正确性和实用性，深入研究非稳定工况下带式输送机的纵向动力特性，找出规律，建立实用的动态设计方法。[1][2]　　胶带是由纵向承载芯质和胶带母体粘合而成的复合板，其纵向力学外特性具有明显的粘弹性。根据粘弹性力学理论，研究粘弹性力学问题可分为两个方面：连续介质力学法和分子理论法。后者是从分子结构出发推导出整体的粘弹性质；而前者则不考虑物质的分子结构，是从宏观模型和数学分析的

3、办法描述粘弹性物质的行为。我们所说的胶带粘弹性或力学外特性就属此研究体系，简单的说，就是研究胶带微元体在纵向外力作用时的力、位移与时间的依赖关系，对胶带模型来讲是指应力、应变、时间的依赖关系。　　1纵向动态特性产生的机理　　带式输送机在运转过程中，存在各种形式的振动。如：胶带的纵向、横向和侧向振动、托辊及滚筒的旋转振动；机架振动；物料的冲击振动；基础振动等等。定量研究这些振动及它们之间的关系是非常困难的，而且也是没有必要的。影响带式输送机工作性能的主要振动是胶带的纵向振动，横向振动和侧向振动。严格地讲，胶带这三个方向的

4、振动是相互影响的，精确的研究属于梁或板的三向振动问题，对这种模型的研究有许多困难。从工程设计的角度看，分别研究这三方向的振动是合理的，完全可以满足设计的精度要求。　　带式输送机闭环运动系统的输送机胶带具有粘弹性特性，当在胶带上加上某种外界扰动或者激励，例如：作用力、位移、速度等，那么在胶带中就会产生某种响应，带式输送机的纵向动力过程就是激励与响应的因果关系。　　激励来自多个方面，可能是某种或某几种在起作用。激励按其来源和作用方式可分为三种类型：第一种是带式输送机系统所固有的，这种激励的大小、作用位置和时间一般情况是已知

5、的，它主要来自三个方面，即驱动系统、制动系统和拉紧系统。第二种是来自被运输的物料的扰动，这种激励总是存在的。它的存在表现在物料在装载点的冲击、物料流量的不均匀，及物料与托辊间的冲击作用等。第三种是故障激励，这种激励一般情况下不存在，只有在带式输送机出现故障时才会出现，如刮边、撕裂、滚筒或托辊被卡死等。　　上述三种类型的激励中，起主要作用的是第一种类型，它主要表现在运输机的起动或制动工况中。严格地说，带式输送机的运行阻力也是一种激励，但考虑到在运输机稳定运行时这种阻力也存在，因此没有将其看作激励。　　驱动系统的激励是通过

6、下述过程施加到胶带上的：电动机输出轴转矩的变化→联轴器（刚性、弹性或液力）输出轴转矩变化→减速器输出轴转矩变化→驱动滚筒转矩变化→驱动滚筒与胶带间的摩擦力的变化→输送到胶带上的张力变化。　　各种激励的传递过程各不一样，但它们最终都是施加到胶带的某个断面上的扰动。　　2纵向动态特性研究的内容　　（1）带式输送机在非稳定工况下，即起动或制动工况下，胶带各点的速度、加速度、张力和挠度具有动态特性，是时间的函数，这种现象就是带式输送机循环带的闭环回转系统对非稳定工况下激励的响应。低速、短距离带式输送机的这种动态现象不大明显，而

7、对于高速度、长距离、大功率带式输送机，这种动态现象就会明显地表现出来，尤其是在起、制动工况下，胶带各点的速度、加速度、张力变化很大，这会对带式输送机的正常运行产生不良影响，表现在以下几个方面[3]：　　a.在起动或制动工况下，激励通过驱动滚筒（或制动滚筒）传到胶带上，在胶带中产生应力波，由于这种冲击应力波的传播和叠加，会使输送机上某些点胶带的张力很大，有时甚至达到静张力的十余倍，这样可能使胶带、滚筒、传动装置、联接件的强度不出现断带等事故，更经常的是降低了这些部件的疲劳寿命，出现早期损坏。　　b.胶带在驱动滚筒（或制动

8、滚筒）上滑动，由于在起动或制动工况下，滚筒两侧边胶带张力变化很大，当松边张力过低时，便会出现滚筒和胶带之间的打滑，这样就加剧了滚筒和胶带的磨损，严重会使起动失败，造成胶带着火。　　c.动张力的作用可能使拉紧装置部件的负荷显著增大，由此使其安全系数降低，而在某些情况下可能出现拉紧装置行程超过规定值，导致装置发生故障。　　d.起、制动