【導讀】中國礦業(yè)大學2020屆本科生畢業(yè)設計第1頁

　　

【正文】 運行阻力小，運輸過程中物料一般不會破碎，因而特別適合輸送散料貨物。 帶式輸送機的驅動原理 —— 摩擦傳動原理 帶式輸送機的 傳動裝置有許多形式，它們的區(qū)別在于：驅動滾筒的數(shù)量；傳動結構的形式；各部件相互的布置；有無液力偶合器和制動裝置；電機的 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計 第 17 頁 功率等。按照傳動滾筒的數(shù)量，驅動裝置可分為：單滾筒、多滾筒。同時為了增大驅動力，各組傳動滾筒還可附設導向滾筒。 帶式輸送機所需的牽引力是通過傳動滾筒與輸送帶接觸表面的摩擦，形成圓周力，由傳動滾筒傳遞到輸送帶，也就是說為了使輸送機運行，在輸送帶趨入和奔離傳動滾筒時，必須形成張力差。 單滾筒驅動情況 圖 單滾筒驅動帶式輸送機的傳動原理簡圖 圖 傳動滾筒上帶的受力圖 如圖 為單滾筒驅動帶式輸送機的傳動原理簡圖。當傳動滾筒由電機帶動作順時針轉動時，利用它和輸送帶之間的摩擦力，帶動輸送帶一起運動。輸送機正常運行時輸送帶上各點的張力是不相等的。各點張力的大小決定于張緊力 0P 、輸送量、帶寬和帶速、機長及托輥結構等。由逐點張力計算方法的原則可知，在圖示水平運輸?shù)那闆r下，輸送帶的張力從點 2 經(jīng)過 4 到點 1 逐漸增加，而在輸送帶的主動段 1— 2 之間，張力卻逐漸減小。 2 兩點的張力差就是傳動滾筒傳給 輸送帶的摩擦力，也就是輸送機的驅動力。輸送帶在相遇點 1 的張力和分離點 2 的張力取決于兩方面： 一方面，它們取決于輸送機的各個技術參數(shù)。當其它參數(shù)一定時，相遇 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計 第 18 頁 點的張力隨負荷或輸送機長度的增加而增大。此時傳動滾筒所傳遞的驅動力也必須加大，才能滿足正常運行的需要。另一方面，傳動滾筒傳給輸送帶的驅動力是摩擦力，有一個限度，不能任意增大。當負荷和輸送機長度增加過多，使得傳動滾筒相遇點與分離點的張力差大于滾筒與輸送帶間的極限摩擦力時，輸送帶將在滾筒上打滑。要使輸送帶在滾筒上不打滑，相遇點張力與分離點張力必須保持一定的 關系，即符合歐拉公式。 在建立牽引力和圍包角之間的關系時，為了使問題簡化，我們把輸送帶看作一種理想的撓性體，它可以任意撓曲，不受彎曲應力；同時，由于在滾筒上那一段輸送帶的質量和慣性力同它所受的張力和摩擦力相比很小，可以忽略輸送帶本身重量和所受的慣性力。 如圖 所示，設輸送帶在傳動滾筒上分離點 2 的張力為 2T ；在相遇點 1 的實際張力為 1T ，而其極限張力為 max1T ；輸送帶圍包滾筒的弧所 對的圓心角稱為圍包角 ? ，簡稱包角。在圍包弧內，輸送帶任一點 A 的張力為 T ；當 ? 有一微小增量 ?d 時，輸送帶長度由 A 點變化到 B 點，即有一長度增量 dl ；在 B 點的張力為 dTT? ，即當 ? 有一微小增量 ?d 時，張力增量為 dT 。 取 AB 這段長度的膠帶為隔離體，如圖 所示。當傳動滾筒順時針方向旋轉時，作用在該單元的力有： A 點的張力 T； B 點的張力 T+dT，與 T 成 ?角；傳動滾筒對輸送帶的法向反力 dN 及摩擦力 dN? ， ? 為滾筒與膠帶間的摩擦系數(shù)。由于 dl 長度很短，如果又忽略膠帶的厚度，那么可以認為上述四個力為共點力系作用在 dl 長度的重中點。以該點為原點建立直角坐標系。在極限平衡狀態(tài)下，該單元體的受力平衡方程為： 2s in)(2s in ?? dTTTdN ??? 2c os)(2c os ??? dTTdNT ??? 由于 ?d 很小，故 22sin ??? ， 12cos ?? 。因此上述方程組可簡化為： )2( ?? ddTTTddN ??? dNdT ?? 略去二次微量 2?ddT 項，解上述方程組，得 ??ddTT ? （ 21） 式 21 為一階常微分方程。解之可得出張力隨圍包角 ? 變化而變化的函 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計 第 19 頁 數(shù) ? ??fT? 。 在極限平衡狀態(tài)下，當圍包角由 0 增大到 ? 時，張力由 2T 增大到 max1T ， 利用這兩個邊界條件，對此微分方程兩邊定積分得 ?? ? ? ??0m a x12 ddTTTT 解上式得 ??eTT ?2m a x1 即 ??eTT 2m ax1 ? （ 22） 式中： e — 自然對數(shù)的底數(shù) ? — 輸送帶與滾筒間的摩擦系數(shù) ? — 圍包角 rad 同理，對于圍包弧上任意一點 A 的張力為： ??eTT 2? （ 23） 式 2 23 就是撓性體摩擦傳動的歐拉公式，根據(jù)歐拉公式可繪制出膠帶的張力變化曲線，如圖 所示 圖 傳動滾筒上的膠帶張力分布 相遇點張力 1T 隨負載的增加而增大，當負載增加過多時，就會出現(xiàn)相遇點張力 1T 與分離點張力 2T 之差大于傳動滾筒與膠帶間的極限摩擦力，膠帶將在滾筒上打滑而不能工作。若使膠帶不在滾筒上打滑，必須滿足如下條件 ??eTTTT 2m a x112 ??? 根據(jù)歐拉公式輸送帶與滾筒相遇點的張力 1T 和分離點的張力 2T 有下述關系 ??eT ?1 （ 24） 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計 第 20 頁 上式表示了一種傳遞驅動力的關系，即傳動滾筒所傳遞的驅動力 F 為 )11()1( 1221 ???? eTeTTTF ??????? （ 25） 式 24 明當彈性滑動角為 ? 時，輸送帶張力達到 1T ，在 ? 區(qū)間輸送帶張力不再變化，也就是沒有彈性 伸長的變化，輸送帶在滾筒上不再有彈性滑動?？梢哉J為只有滑動弧才有摩擦力，從而傳遞驅動力。分析式 25 可知，當分離點張力保持不變時，隨著需要傳遞驅動力的增大，滑動弧和相遇點的張力也隨之增大。滑動弧最大值為 ? ，所以為防止膠帶在滾筒上打滑，相遇點的最大張力必須滿足 ??eTT 2max1 ? （ 26） 因而，傳動滾筒可能傳遞的最大驅動力為 )1(22m a x1m a x ???? ??eTTTF （ 27） 當運行阻力 maxFF? 時，傳動滾筒傳遞驅動力的關系式 25 已不再成立，此時傳動滾筒靠摩擦已不能傳遞大于 maxF 的驅動力 F 。當驅動裝置可以提供驅動力 F 時，輸送帶必然會在傳動滾筒上打滑，即輸送帶不能運動，而傳動滾筒仍然隨驅動裝置轉動。打滑時，摩擦生熱，嚴重時會將輸送帶燒壞。在帶 式輸送機實際運行時，考慮到摩擦系數(shù)和運行阻力的變化，還有動載荷的影響等，應使驅動力有一定的裕量作為備用。故設計時采用 mqKFF max? （ 28） 式中 F ——傳動滾筒需要傳遞的驅動力， N maxF ——傳動滾筒可能傳動的最大驅動力， N mqK ——傳動滾筒傳遞驅動力的備用系數(shù)， ～K mq ? 則，當包角和分離點張力一定時，傳動滾筒傳遞的驅動力 F 為 mqKeTF )1(2 ?? ?? （ 29） 當圍包角和傳動滾筒所需傳遞的驅動力一定時，分離點的張力 2T 為 12 ?? ??eFKT mq （ 210） 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計 第 21 頁 由式 29 可見，增大驅動力可以從以下三個方面著手： （ 1）增大張緊力，以實現(xiàn)增大輸送帶在分離點的張力 2T 。在設計時不宜采用，應在運轉時采用，以免使最大張力加大，帶式輸送機的結構尺寸加大，從而增大制造成本 。 （ 2）增加圍包角 ? 單滾筒驅動時圍包角為大約為 200176。 ～ 230176。 ，雙滾筒驅動時可達 450176。 ～ 480176。 。驅動力 會隨圍包角 ? 的增大而按指數(shù)規(guī)律加大。改措施一般在設計時采用，對帶式輸送機的成本影響較小。 （ 3）增加摩擦系數(shù) ? 為增加摩擦系數(shù) ? ，多采用在驅動滾筒表面包覆高摩擦材料，如橡膠、陶瓷襯墊或其他襯墊。這種方法在設計帶式輸送機時使用，對帶式輸送機的制造成本影響最小。 多滾筒驅動情況 具有兩個及兩個以上傳動滾筒的驅動系統(tǒng)成為多滾筒驅動系統(tǒng)。將每臺電動機到與傳動滾筒相連的聯(lián)軸器之間 所有傳動部件組成一個單元，成為驅動單元。在一個滾筒上可以設一個或兩個驅動單元。如果需要也有在輸送機的中部設置傳動滾筒并配有相應的驅動裝置。 這里僅研究頭尾雙滾筒傳動的情形。由于采用多滾筒傳動的輸送機一般都比較長，輸送機頭、尾傳動滾筒間會出現(xiàn)一些比較復雜的情況，有關頭尾多滾筒傳動的情況還有待于作大量的、更進一步的研究。 （ 1） 多滾筒傳動各滾筒的驅動力的分配 在總功率確定后，需要解決如何分配兩個滾筒所傳遞的功率問題。確定各傳動滾筒驅動力 (功率 )的比例關系，叫做名義配比。 設計各傳動滾筒驅動力的分配比時要考慮的因 素有： 1） 各傳動滾筒傳遞驅動力的能力； 2） 電動機功率與數(shù)量的分配； 3） 配比是整數(shù)，以便于分配電動機； 4） 輸送帶的張緊力。 （ 2） 頭尾雙滾筒傳動的情況 如圖 為 頭尾雙滾筒驅動輸送機的傳動簡圖 ， 11T 、 12T 、 21T 、 22T 分別為 2 滾筒相遇點和分離點的張力，則有 rFTT ?? 1221 （ 211） 根據(jù)式 29，各傳動滾筒傳遞的動力關系為 1121 )1( 1mqKeTF ?? ?? （ 212） 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計 第 22 頁 圖 頭尾雙滾筒驅動輸送機的傳動簡圖 2222 )1( 2mqKeTF ?? ?? （ 213） 21 FFF ?? （ 214） 從而有 111212111)1( 1mqmqKKeTTFT ????? ?? )1( 111112 1 mqmq KeKTT??? ?? 22222222222221 )1()1( 22mqmqmq KKeTKeTTTFT ???????? ???? )1( 222122 2 mqmq KeKTT??? ?? 則：傳動滾筒 1 和傳動滾筒 2 傳遞驅動力的比為 1212211222122221122112 )1()1)(1)(()1()1()1()1(2122121mqmqrmqmqmqmqF KeTeKeFTKeTKeTKeTKeTFFi????????????? ?????????????? 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計 第 23 頁 令 21KTFr ? ，則 )1()1()1)(1(121212 212 KKeTeKeimqmqF ???????????? （ 216） 由式 212 和式 214 得 )1(11( 112112?????eiFKTFmq （ 217） 當 ??? ?? 21 ， 121 ?? mqmq KK 時， ??eKi F )1