（机械工程专业论文）弯曲运行带式输送机转弯设计的研究.pdf

摘要 论文题目： 学科专业： 研究生： 指导教师： 弯曲运行带式输送机转弯设计的研究 机械工程 王兴省签名： 李言教授签名： 摘要 带式输送机作为重要的散料运输设备已经有了百年历史。但由于地形、地物、地质 等条件，输送线路不可能全部直线布置，所以一些线路会在水平或者空间上出现不周角度 的转弯。随着我国港口、矿山、水泥等工业领域的逐步发展，采用弯曲运行带式输送机实 现自然变向转弯，取得技术和经济上的最佳效益，是带式输送机应用的必然趋势，提高弯 曲运行带式输送机设计水平势在必行。 本课题以弯曲运行带式输送机为研究对象，重点解决带式输送机弯曲运行转弯设计 参数( 主要是曲率半径) 计算问题。论述了现有弯曲带式输送机理论研究现状和成果，以 及现在设计理论存在的问题，为工业设计提供理论设计依据。 通过对垂直转弯( 凸凹曲线) 的理论分析，在已有的研究成果基础上，研究了运行 中胶带飘带和失稳的影响因素，建立了相应的计算公式。 在平面转弯分析过程中，通过对现有技术措施理论分析，建立了新的胶带受力模型， 并对此模型进行了力学推导，得出了静力平衡关系式，进而解决了转弯曲率半径的计算问 题；讨论了转弯处托辊组的结构及布置原则，确定了运输工况和用户要求不同的情况较优 靠置方案的原则。使带式输送枫的设计更接近于实际。 在垂直转弯和平面转弯分析的基础上，对空间转弯的定坡转弯处输送带进行了力学分 析，得出空间转弯运行曲线的曲率半径的数学表达式，指出了该式的一般性。 本文的研究成果丰富和完善了弯曲运行带式输送机的设计理论，对平面转弯处托辊组 的结构分析和布置原则的研究，给输送机的设计提供了依据。同时，本文关于弯曲运行带 式输送机的静态分析，给下一步进行动态分析提供了可靠的基础。 关键词：带式输送机垂直转弯平面转弯空间转弯布置参数 西安理工大学工程硕士学位论文 t i t l e ：r e s e a r c ho nt u r n i n gd e s i g no fb e l tc o n v e y o ri nt h et u r n i n g m o v e m e n t m a j o r ：m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g n a m e ：x i n g s h e n gw a n g s u p e r v i s o r ：p r o f y a nl i a b s t r a c t b e l tc o n v e y o r , a sa l li m p o r t a n tm e a no f b u l ks o l i d sc o n v e y a n c e h a sad e 、，e l o p i n gh i s t o r y o f m o r et h a n1 0 0y e a r s b e c a u s eo f t h ei n f h i e n c eo f t e r r a i n ，g e o l o g ya n ds oo n , s e v e r a lt r a n s p o r t l i n eh a sc u r v e sw i t hd i f f e r e n ta n g l e s u s i n gb e l tc o n v e y o rw i t hh o r i z o n t a lc u r v e st or e a l i z c n a t u r a lr u mw i l lb em o r ee c o n o m i c a l ，d e p e n d a b l ea n de f f i c i e n t w i t ht h ed e v e l o p m e n to f t r a n s p o r t a t i o n ，c o n l l n e r c e ，i n d u s t r y , a g r i c u l t u r e ，u s i n gl a r g eb e l tc o n v e y o rb e c o m e sn e c e s s a r y , t h u s t h ed e s i g nt h e o r yo f b e l tc o n v e y o rw i t l lh o r i z o n t a lc u r v e sn e e dt oi m p r o v e t a k i n gt h es w e r v en m n i n gb e l tc o n v e y o rw i t ha sr e s e a r c ho b i e e lt h ec a l c u l a t i n go f s w e r v e r u n n i n gd e s i g np a r a m e t e r s w h i c hi sm a i n l yac u r v a t u r er a d i u si sr e s o l v e d 1 1 ”c u r r e n t t h e o r e t i c a lr e s e a r c hs t a t u sa n dt h ed e s i g n e dt h e o r e t i c a lp r o b l e mo fs w e r v eb e l tc o n v e y o ra r c d i s c u s s e di nt h et h e s i s ，p r o v i d i n gt h et h e o r e t i c a ld e s i g nb a s i sf o rt h ei n d u s t r i a la p p l i c a t i o n t h r o u g ha n a l y z i n gt h et h e o r i e so ft h ep e r p e n d i c u l a rt u r n ( c o n v e xa n dc a v ec u r v e ) ，a tt h e c u r r e n tr e s e a r c hr e s u l tf o u n d a t i o n ，t h ea f f e c t i n gf a c t o r so fr i b b o na n di n s t a b i l i t yi nt h er u n n i n g a r es t u d i e d ，a n dt h ec o r r e s p o n d i n gc o m p u t a t i o n a lf o r m u l aa r ea d v a n c e d i nt h ea n a l y z i n gt h ep r o c e s s i n go f t h eh o r i z o n t a lc u w e s ，b ya n a l y z i n gt h ec u r r e n tt e c h n i q u e t h e o r i e s ，t h es t r e s s e dm a t h e m a t i c sm o d e lo f n e wa d h e s i v et a p ei ss e tu p t h em e c h a n i c sm o d e li s d e d u c e d ，r e l a t i o no ft h es t a t i cf o r c eb a l a n c ci ss e tu p ，a n dt h et u r nr a d i u so fe a l e u l a t i o ni s r e s o l v e d s t r u c t u r ea n da r r a n g ep r i n c i p l eo fi d l e rr a d i u st u r n i n ga r ed i s c u s s e d ，t h ep r i n c i p l eo f b e t t e rp r o j e c tb a s e do nc o n v e y a n c ew o r k i n gc o n d i t i o na n dc u s t o m e rr e q u i r e m e n ta r es e tu p , m a k i n g t h ed e s i g no f t h eb e l tc o n v e y o rt or e a la p p l i c a t i o n a f t e ra n a l y z i n gv e r t i c a lc u r v e sa n dh o r i z o n t a lc u r v e s ，t h eb e l to fs p 撕a lc u r v e sb r i n gt o g r a d et u r n i n gm e c h a n i c sm o d e li sa n a l y z e d , 也em a t h e m a t i c se x p r e s s i o no fs p a t i a lc u r e s c u r v a t u r er a d i u so f r u n n i n gc u r v ei so b t a i n e d ，p o i n t i n go u tt h eg e n e r a lo f t h a tt y p e t h ed e s i g nt h e o r i e so fb e l tc o n v e y o rs w e r v er u n n i n gi se n r i c h e di nt h et h e s i s s t r u c t u r e a n a l y z i n ga n da r r a n g ep r i n c i p l eo f i d l e ra th o r i z o n t a lc u r v e si so b t a i n e d ，s u p p o r t i n gt h eb a s i sf o r r e a ld e s i g n i nt h em e a n t i m e t h es t a t i ca n a l y s i so f b e l tc o n v e y o rs w e w en m n i n gi nt h et h e s i s p r o v i d i n gad e p e n d a b l ef o u n d a t i o no f t h en e x td y n a m i ca n a l y s i s k e y w o r d s ：b e l tc o n v e y e r ；v e r t i c a lc u r v e s ；h o r i z o n t a lc u r v e s ；s p a t i a lc u r v e s ；p a r a m e t e r l a y o u t 独创性声明 秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明：本人所呈交的学位论文是我个 人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人的研究成果。与我一同工作的同志对本文所论述的工作和成 果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢。 本论文及其相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任 论文作者签名：立苎盛。沣 月f 日 学位论文使用授权声明 本人之髦2 5在导师的指导下创作完成毕业论文。本人已通过论文的答辩，并 已经在西安理工大学申请博士硕士学位。本人作为学位论文著作权拥有者，同意授权 西安理工大学拥有学位论文的部分使用权，即：1 ) 已获学位的研究生按学校规定提交 印刷版和电子版学位论文，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的 学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编人有关数据库进行检索；2 ) 为教学和 科研目的，学校可以将公开的学位论文或解密后的学位论文作为资料在图书馆、资料室 等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。 本人学位论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权西安理工大学研究生部办 理。 ( 保密的学位论文在解密后，适用本授权说明) 论文作者签名：至茎盘l导师签名：童量。7 年夕月7 日 l 绪论 1 绪论 1 1 概述 带式输送机作为重要的散装物料输送设备，己经经历了一百多年的发展。伴随着现代 化生产规模的不断扩大，以及人们对物料运输经济性、高效性、可靠性要求的与日俱增， 在运输能力、维护安装、经济运行上有显著优点的带式输送机成为人们优先考虑的运输机 械之一，它的应用越来越广泛，同时人们对所使用的带式输送设备的要求也越来越高。在 通常情况下，带式输送机必须直线铺设，否则就会出现飘带、跑偏等不能稳定运行情况。 但是由于地形、地貌、矿井地质条件与矿山开采的方式的限制，为了降低运输成本，增加 单机长度，有时带式输送机必须作弯曲变向运行，弯曲运行是解决问题的手段而不是目的。 带式输送机的弯曲运行，按实现弯曲变向的方法可分为输送机串联搭接，强制性弯曲 运行与非强制性弯曲运行三种方法 2 j f 3 1 。输送机串联搭接，是最早实现弯曲变向运行 的方法，就是把几个单独的输送机串联搭接，实现折线变向运行，但这样输送机系统布置 复杂，设备台数多，投资费用大，运行成本高，对环境有粉尘污染。国外曾经有人研究过： 一个有9 个过渡点的典型长距离弯曲转载带式输送机，每年仅用于抬高物料到过渡点上的 能量消耗费用就超过3 5 0 0 0 美元，输送机使用4 0 年，这样的费用在1 4 0 万美元以上1 4 1 。 因此随着带式输送机的发展，这种方法很少被采用了。 强制性弯曲运行时，或者采用特殊结构的专用胶带( 如裙式胶带输送机、波状挡边胶 带输送机、管状胶带输送机、钢丝绳牵引胶带输送机等) ，或者在弯曲处设置专门的部件 来强制普通胶带变向( 如立辊、在转弯处用与胶带一起运行的小车线摩擦驱动等) ，弯曲半 径可达几十米，但是强制性弯曲运行的带式输送机在整条皮带机上或在过渡曲线上都要采 取特殊的结构( 如圆管式带式输送机要用六辊子托辊组，钢丝绳牵引输送机要用带耳槽的 特殊胶带，裙带式输送机要在胶带两侧加裙带等等) 这样使得输送机的造价增高，不易维 护，而且运行阻力也要增加。因此强制性变向弯曲的方法只能在没有其他办法的情况下作 为一种选择。 因而人们对采用普通胶带实现非强制性弯曲即自然变向转弯更感兴趣。自然变向转弯 带式输送机除弯道处的部分结构件外，其他重要部件如驱动装置、张紧装置、输送带等都 可与普通带式输送机通用，扩大了普通胶带的应用范围，在结构上又不做大的改变，从而 可以带来简化运输系统，减少中转站，降低运输成本，节省设备，进而减少系统投资等一 系列优点。 l 西安理工大学工程硕士学位论文 弯曲运行带式输送机的分类有两种分法，一种按输送带中心线所在位置分类，可分为 三种，其特征见表l l ，另一种按输送机结构形式分类，也可分为一种，其特征见表i 一2 。 本课题探讨的是普通结构带式输送机的弯曲运行。 表l 一1 按输送带中心线分弯曲线路的分类及其特征 t a b l e1 - 1s w e r v el i n ec l a s s i f i c a t i o na n di t sc h a r a c t e r i s t i ca c c o r d i n gt ob e l tc o n v e y o rc e n t e rl i n e 变向曲线名称所在位置变坡前后直线位置变向性质 凸( 变坡) 曲线 变坡不转弯。坡度逐渐减小 铅垂面共铅垂面 凹( 变坡) 曲线 变坡不转弯，坡度逐渐增人 平面转弯曲线水平面共水平面转弯不变坡 定坡转弯曲线异斜平面上转弯不变坡 凸变坡转弯曲线空间 变坡义转弯，坡度逐渐减小 共斜面上或异斜面上 凹变坡转弯曲线变坡义转弯，坡度逐渐增大 规定下坡时角度为负值，上坡时角度为止值 表1 2 按输送带结构形式分类及其特征 t a b l e1 - 2s w e r v el i n ec l a s s i f i c a t i o na n di t sc h a r a c t e r i s t i ca c c o r d i n gt ob e l tc o n v e y o rs t r u c t u r a lc o n f i g u r a t i o n 胶带类型应用特征 用于倾角小、运量大、运距大、允许弯曲半径人的情况f ，结构上与直线运 普通胶带弯曲 输相似，改动不火。 用于对环境要求较高，或运输的物料对周围环境有害的场合。可实现任意弯， 管状胶带弯曲 曲胶带特制，适用于装卸料点在两头的胶带运输。 不同的特殊胶带有不同的弯曲应用，如裙带式，压带式，钢丝绳牵引式，带 特殊胶带弯曲 链式，拉卷胶带式等。 1 2 国内外发展水平及研究概况 垂直弯曲运行早已实现，目前基本上各种带式输送机都能够实现凹凸瞳线的运输， 因此为适应地形需要，具有凹凸曲线段的运输系统已被广泛应用。单机最长运距可达2 l 公罩，最小半径可达十几米。在理论和技术上国内外学者都做了较深入的研究，是比较成 熟的弯曲应用类型。 近几年来，国内外对平面弯曲比较关注，是一个正在被深入研究的领域。最早在1 9 5 9 年上海起重运输机械厂的一位青年工人为淮南矿区实现了平面转弯带式输送。从2 0 世纪 2 1 绪论 6 0 年代丌始，国外在平面转弯运行方面，无论在理论还是实践上都有了很大的发展。1 9 6 3 年法国在修建巴黎地铁工程中，首次设计安装了一条平面转弯带式输送机用于运输土方。 单机长7 0 0 m ，运量3 0 0 t h ，带宽8 0 0 m m ，带速1 7 m s ，有一处转弯，转弯半径为7 0 0 m 。 它是世界上第一台平面转弯带式输送机“1 。 1 9 7 0 年阿尔及利亚温扎山铁矿投产了一条当时世界上最长的平面转弯带式输送机， 单机长2 3 8 5 m ，运输铁矿石，运量为1 0 0 0 t h ，带宽1 0 0 0 m m ，高差1 2 1 m ，通过两个平面 曲线段，转弯半径分别均为5 0 0 m 。 1 9 8 0 年法国在太平洋新客里多尼亚m e a 镍矿敷设了一条转弯带式输送机，单机长 1 1 1 2 k m ，运输镍矿，高差达5 5 7 m ，运量5 6 0 t h ，带宽8 0 0 m m ，有一处转弯，半径为5 0 0 m ； 1 9 8 7 年在美国建成了单机长为1 9 3 5 5 k m 的平面转弯带式输送机，运量1 6 3 3t h ，带宽 1 2 0 0 r a m ，带速4 3m s ，有两处转弯，是世界上最长的平面转弯带式输送机。 1 9 9 5 年l o 月，一条运量为1 2 0 0t h 、单机长l0 2 0 m 、带宽1 2 0 0 r a m 、带速2 1m s 、 转弯半径1 2 5 0 m 的平面转弯带式输送机在希腊成功运行p 】。 法国、前苏联、奥地利、德国、美国等国家都很重视平面转弯带式输送机的理论研 究和试验。法国、德国已设计建造了多条平面转弯带式输送机，投产顺利，运行正常，经 济效益良好。原联邦德国b e u m e 机器厂与几所大学合作，在平面转弯带式输送机设计理 论研究方面处于世界领先地位，对曲线的导向、各种分力计算和转弯线路工艺设计等方面 进行了大量研究和试验。 我国对平面转弯带式输送机研究的比较早，1 9 5 9 年上海起重运输机械厂实现了普通 带式输送机的转弯运行，并且出了产品样本。当时他的两项措施就是现在常用的措施：内 曲线抬高和使曲线处具有安装支撑角。这说明我国工人阶级具有伟大的创造能力。遗憾的 是理论工作没有跟上，未能使这一新生事物发展为实用产品。 1 9 7 9 年枣庄矿区陶庄煤矿在井下实现了平面转弯运行并用于煤矿的实践。他们采取 了三条措施：是转弯处的托辊有安装支撑角，转弯处机身抬高，转弯曲线的曲率半 径为6 0 一1 0 0 m 。 平面转弯技术曾在山东的新汶煤矿和枣庄矿务局的各煤矿中得到推广，但都是用在 采区平巷中，服务时间比较短，一般不超过1 年。1 9 8 4 年山东兖州矿务局南屯煤矿设计 了一台带宽l i i l 、长约1 0 0 0 m 的s s p 一1 0 0 0 型转弯运行带式输送机，这是一台永久性的、 服务年限为2 0 年的大型带式输送机“。 2 0 0 2 年，天津散货物流中心建成了两条长距离平面转弯带式输送机”，但是设计主 3 西安理工大学工程硕士学位论文 要依靠国外公司。目前，国内有多条具有平面转弯特点的长距离带式输送机币处在方案论 证和工程设计阶段，如陕西秦岭长距离输送机、贵州盎江局土城矿平面转弯带式输送机等， 作者参加了部分系统的初方案设计工作。 国内的平面转弯带式输送机在理论和技术上现在仍处于发展阶段。孙可文、于岩对 带式输送机的平面转弯运行进行了研究，提出平面转弯带式输送机的转弯曲线为指数螺 线，认为空| 日j 转弯驱力半径随着转角成指数增加，还对带式输送机空日j 变向运行的理论和 计算方法进行了分析。 虽然平面转弯带式输送机的需求不断增多，国内的平面转弯带式输送机的应用和推 广工作还是比较缓慢的。主要原因有以下两个方面：理论研究和技术还不够完善和成熟， 实践经验较少。 1 3 弯曲运行带式输送机的研究现状和存在的问题 1 3 1 垂直弯曲 垂直弯曲分凸弧和凹弧弯曲两种，这两种弯曲运行早己实现，理论和实践上也比较 成熟。垂直弯曲关键是确定曲率半径，如果该值确定了，其他几何尺寸较容易确定。国内 外在理论分析和设计计算时主要考虑以下几个方面。 a 凸弧弯曲 l 。理论研究现状及研究成果 凸弧弯曲时由于胶带的成槽性，胶带横截面上的拉应力是不均布的。此外，由于凸弧 的存在，托辊又承受了胶带张力产生的附加压力，所以确定凸弧弯曲曲率半径时必须考虑 如下因素： ( 1 ) 胶带侧边拉应变不超过允许值。 ( 2 ) 不至于因侧边胶带张力的作用而导致胶带中轴线处胶带隆起造成失稳。 ( 3 ) 不致造成托辊轴承寿命的缩短。 胶带在弯曲处的拉应变是几何变形产生的附加应变和由张力产生的应变的叠加。由于 支撑托辊有一定的间距，胶带具有一定的成槽性，凸弧转弯其实是一个介于折线和圆弧的 曲线，所以转弯处胶带上各点应变各不相同，附加应变的分布是不均匀的。拉应变在托辊 间是较均匀的。对钢绳芯带式输送机易发生胶带中轴线处隆起。为提高托辊轴承的寿命， 可减少托辊间距或用高质量轴承，也可采用在胶带进入凸弧转弯之前，为减少胶带的张力 加辅机等方法。 4 1 绪论 目i ； 凸弧弯曲半径小的可达十几米。理论与实践研究表明曲率半径与侧托辊成槽角、 曲线处的平均应变、带宽、侧胶带宽与带宽之比、所选最大允许应变等因素有关。 2 设计、应用中还需考虑的因素 ( 1 ) 计算凸弧转弯的曲率半径时，不仅要考虑承载段，还要考虑回空段。如果回空段 是单托辊支撑，则胶带上横向应力分布均匀，就不存在如承载侧由于有成槽角使应力在胶 带横向上重新分布，但仍存在附加应变。 ( 2 ) 转弯时有一定的内移距，内移距过大，在工程建设上就难以实现或没有工程价值。 ( 3 ) 从胶带输送机正常工作段进入曲线转弯段之前应有一个过度段s t ，如图1 一l 所 示，设胶带从滚筒处正常运行段开始到曲线段的距离为s l ，则必须有s t 厦，否则就不成其为凸曲线。 4 ， 届一初始倾角：岛一终了倾角；q 一初始转角；口2 一终了转角；v 一运行方向；r 一曲率半 释，n l ：d 一微元段运行阻力，n ；d 一托辊给予微元段胶带的反力，n ；d g 一微元段 胶带和物料重力，n ：f 一曲线起始点；f + l 一直线交汇点；2 一曲线终了点；d q 一微元段 胶带与物科离心力，n ：s 与6 嗒一分别为胶带张力与张力增簧，n ：工，一起、终点间水平投影 长，m ；h ，、h ，一分别为起、终点标高，m 图2 - - 3 凸曲线阻力计算图 f i g 2 3c o n v e xc i j r v er e s i s t a n c ec a l c u l a t i o nd i a g r a m 倾角与转角闯的关系为：； a ：三一口 2 重力：粥= g ( q + q b ) r d a 离心力可忽略不计。 诸力在法线方向上投影和为零时： 州= 跚n 警+ ( s + d s ) s i n - 警g ( q + q b ) 心啦+ 警) d 口 简化为：d n = s d a + ( g + 9 6 ) r s i n a d a 微元段运行阻力： d w = w d n + g q ，r w d a = w s d a + w g ( q + q 6 ) r s i n a d a + g q ，r w d a 诸力在切线方向上投影和为零时： ( s + 嬲) c 。s 警= d 形+ 掰c o s a + s c o s 警 整理和简化后为： 罢一们= ( 口+ 职( w s i n a + c o s t 2 ) + “鳢w ( 2 2 8 ) f 2 2 9 ) 2 带式运输机的垂直转弯运行 通解为： p = ( q + q b ) 鳢品【_ w 2 姚_ 2 w c o s a - i - s m - q , g r e + c c t ，2 相对甚小，取为零： s e 一”= ( g + 9 6 ) g r e 一”“( s i n a 一2 w c o s a ) 一吼g r e 一”+ c 边界条件为： = s i 。 积分常数为： c = s l e 一。嘶一( g + 9 6 ) g r e 一帅( s i l l 口i 一2 w c o s a l ) + g ，g r e 一 所以： s 2 ，! 唑学粤口? 竺：? ) 可岫( s i n a t - 2 w c o s a - ) ( 2 3 0 ) + 吼g r ( p 帆4 一啦一1 ) + 最p m 4 一一 、 角度代换之后： s = ( g + ? 芝笔i ( s 鼍：2 = ? 一口一“即力( s m 届一2 w c o s 届) j ( 2 3 1 ) + q t t g r ( e h 岛叩一1 ) + 墨p “岛一力 、_ 。， 曲线段阻力： s i + 2 = s l q 2w = s i + 2 一s i 所以： 形- 驰= 、一1 p 垤) g r 【( c 。s 展_ 2 w c o s 厦) 眦( c 。s 届咖咖屈) j ( 2 3 2 ) + 吼g g ( e “ 喝一1 ) 一7 式( 2 3 2 ) 可简化为： w = ( q + q 6 + g ，) g w l p + ( g + q b ) g ( 日2 一h 1 ) + s i 以届一尼)( 2 3 3 ) 注意到4 ，：一1 ) 二者与切线长。的关系： + w b - - + ( q 吼+ + q b + ，q , ) ，g l r w c 压o s + 3 i ( + g + ( q + q b ) g r l rs 履i n 】3 + i q ) g l w c a d s q b ) g ls i n s ，w ( 屈一压) ( 2 3 4 ) + 蛔+ 吼+ ， r压+ ( g + r履j + f w ( 屈一压) 、。7 由式( 2 3 4 ) 可见，在线路倾角不大的条件下，曲线段阻力可直接计入直线段阻力中， 然后增加一个量，这对于简化计算非常有利。 2 l 西安理工大学工程硕士学位论文 2 2 凹弧转弯运行 一乡督 图2 4凹曲线变坡种类图 f i g 2 - 4t h ec a v e c u i v cc h a n g i n gs l o p ec a t e g o r yd i a g r a m 2 2 1 保证不飘带时凹弧瞳率半径 凹弧转弯中，如果在启动或制动时可以不飘带，则稳定运行时就不会飘带，所以这里 按启动或制动时的力平衡考虑 9 1 1 0 l 。如图2 5 所示，设曲线转弯的曲率半径为p ( i n ) ， 变角为舻，取一微元段胶带长进行分析，该段胶带有如下几个受力： 离心力：由于d q 相对甚小，在分析计算中可忽略不计。 移动部分重力：d g = q o g p d 妒，n ( 2 3 5 ) 该段胶带起点张力s ，n ； 到达该段胶带终点时的张力增量程，n 托辊给予胶带的支持力d n ，n ； 移动部分的惯性力d 暇= k 4 q 。矿，n ( 2 3 6 ) 以上诸式中； q 一物料线密度，k g m ： 2 带式运输机的垂直转弯运行 p 一曲率卜径m ：妒一转角：届、压一起始和终了倾角；d n 一作用于胶带反力，n ：d w 一 运行阻力n ；d 一惯性力，n ；硒q 一离心力，n ；s 与d s 一张力与张力增耸，n ：d g 一 微元段重力。n 图2 - - 5 曲率半径p 计算 f i g 2 - 5t h ec a l c u l a t i o no f c u r v a t u r er a d i u sp g o 一胶带线密度，k g m ； 口一起动或制动时的加速度，m s 2 g 一重力加速度，m s 2 ； t 一换算变位重量系数。 设】| ，为托辊重量换算到托辊表面的变位系数，设托辊线密度为吼时，每米惯性力为； a = ( q o + 吼k 3 ) a ( n m ) 令a ，= q o k 4 a 则k 1 4 k 3 q , ( 2 3 7 ) 设，为移动部分运行阻力系数，则； 则厂：( 1 + 孚) w ( 2 3 8 ) g o 下面探讨凹曲线处曲率半径p 的变化规律。 由诸力在法线方向上投影和为零，可得： 苎塞墨兰垄兰兰堡竺主兰堡垒查 ，一 d n ：q o 印c o s 彬驴一j 却 ( 2 3 9 ) 在胶带刚要离丌而尚未离丌托辊的临界状念时，f f t 力d n = 0 t 从而据式( 2 3 9 ) 有： 。一 兰( 2 4 0 ) 口= 一 一 g q o c o s 矿 式( 2 3 9 ) 中有两个未知量户，s ，应再建立一个公式，联立求解 由诸力在切线方向上的投影和为零，可得； d s ：d w , + d w + d g s i n 口o ( 2 4 1 ) 在州= o 时，则d = o ，于是以式( 2 3 5 ) ，( 2 3 6 ) 代入( 2 4 1 ) 有： 口：堕，一 ( 2 4 2 ) g q ( s i n p + k 。! ) 联立式( 2 4 0 ) 和【2 4 2 ) ，经整理得： 警也t p + k 4 a g s e e 州妒 亿4 3 通解为： h s = h l r s e c 矿c s e c 妒+ 培纠；h + c 边界条件为： s = s ，1 ，崩 则积分常数为： c ：l i l 曼_ s e e p , ( s e e p , + t g f l , ) 一g 以c 代入前式，经整理后得s 为： 嘲e 嘲o s l m 3 li s e e 届c p + + t 媚g c p 1 j ( 2 卿 以式( 2 4 4 ) 代入( 2 4 0 ) 得凹弧曲率半径为： ，：墨! ! ! 垒f ! ! ! 垒q ! 堕竺! i h ( 2 4 5 ) ，=；一li一一7 g q o c o s 2 妒l c o s 妒( 1 + s i n f l l ) j f l ：l 式( 2 4 5 1 可见，在临界状态时，曲率半径p 是一个变值。式( 2 4 4 ) 是当曲率半径为理 2 带式运输机的垂直转弯运行 论变值p 时，张力s 在曲线段的变化规律。由于凹曲线是一种变角妒由小到大的变向曲线， 注意到负角的绝对值愈大，其角度愈小，可见式( 2 4 5 ) 可适用于图2 - - 4 中的任何一种曲线 结构。 为了便于施工和保证不飘带，注意到曲率半径愈大愈不易飘带可按叮。= q 。，伊取 终了点倾角来确定曲率半径即公式( 2 4 5 ) d p y p 的最大值为： r = p l 醐= 面s 。i c 瞄o s 。 织z l c o 。s 属，z ( ( 1 ，+ + s 蓟i n n f l 届2 ) ) j ( 2 4 6 ) 以上诸式分析中，s 均为起动或制动时胶带的动张力，即已计入了加速度4 ( 广义的) ， 所以应解决a 的计算问题。 对于稳定运行时电动机处于牵引状态的输送机系统，按起动考虑，于是加速度为： 口：口。：!羔坚翌(247)m ” 6 、， 对于稳定运行对电动机处于发电制动状态的输送机系统，按制动考虑： 口：- 口，；垒! f24s)m 。 以上诸式中： w 一输送机运行总阻力，n 5 m 。一胶带、物料、托辊、导向滚筒的变位质量，k g ： ，眦一胶带在驱动滚筒上打滑时的最大起动力，n ； ，一胶带在驱动滚筒上打滑时的最大制动力，n ； 一正加速度，m s 2 ： 口，一制动减速度，m s 2 ； 当按f 点参数计算曲率半径时，以矿= 届代入( 2 4 0 ) 式得： r 2 p l 醐2 瓦 ( 2 4 9 ) 有可能按式( 2 4 6 ) 计算出的r 大，也有可能按式( 2 4 9 ) 计算出的r 大，为满足条件， 西安理工大学工程硕士学位论文 r = m a x r = p i ，岛，r = 纠，岛j ( 2 5 0 ) 图2 4 中各f 点的位置不定，故墨难以确定，但其的一点的动张力& 。的数值是可 以知道的，故据s 。找出相应的最。 设i 1 点的动张力为& 。，i - i - - i 点问的附加阻力为彤( 例如装载点阻力) ，如无附加 阻力，取盯= o ；i - 1 - - i 点间的移动部分线动阻力为： a = ( g + 9 6 ) 4 + 吼a 线静阻力为： 口：= ( g + 吼) g ( f c o s f l j + s i n d ，) 线总阻力为： 口。= a ：+ q 则两点日j 的动张力关系，根据图2 - - 4 为： = 墨一i + 阡 + 口。厶或8 i = s 卜i + 阡r ，+ 口m ( 毛一) 切线长度： 仁r ，t g 学 成强s + 帆1 0 1 聃学( 2 5 0 联立式( 2 4 9 ) 和( 2 5 1 ) ，可解出r 。 2 2 2 按凹弧曲线处胶带侧边应力大于零计算曲率半径 设：艿一胶带拉伸应力，n m