《带式输送机的设计方法的发展》由会员分享，可在线阅读，更多相关《带式输送机的设计方法的发展（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、带式输送机的设计方法的发展 东北大学机械工程与自 动化学院宋伟刚 【 摘要】 带式 抢 送机是现 代最重要的 散状物 料精 送设备。本文对带式拾 送机的 现代设计方法进行讨论， 给出了带式抢送机设计的优化设计方法，动态 分析方法和进免共振设计方法。最后给出了带式扮送机设计计算 程序。 I 关恤润】 1 . 引官 带 式 枪 送 机 ， 优 化 设 计 ， 动 态 分 析 ， 戚共 振 ， 设 计 方 法 带式翰送机是现代最重要的散状物料翰送设备， 被广泛应用于电力、 冶金、 化工、 煤炭、 矿山和港口 等领单。随着带式翰送机向高带速、长 距离、 大运t 的大型化发展， 传统的设计方法已经不能满
2、足设计要 求， 必须采用现代设计方法对物送机系统进行设计。 带式幼送机常规设计方法实际上是一种安全 或 偏于 保守)的设计方法。 例如， 选用的 输送带安全系 数、 运行阻力系数偏大， 从而造成选用的电动机功率 过大， 带宽过宽或抗拉强度要求较高。 这对短小的艳 送机而言。问题并不突出， 但是随着输送机的大型 化， 这些问 题就显得突出 起来。 例如某输送机系统设 计时选用7 0 0 k w的电动机， 实际运行时消耗功率仅 为3 0 0 k w左右。 采用常规方法进行设计大型带式输送机时还会出 现抽送带的 投资费用过高、拉紧装t不能正常使用、 某些设备还出 现局部的振动等问题。 本文将结合作者
3、多年对带式物送机设计方法和理 论的 研究， 提出 现代设计方法和计算理论。 其中 包括 带式物送机结构参数的优化方法， 动态分析和遵免共 振设计等。 2 . 带式 粉送机结 构今数的 优化方 法 3 带式抽送机的结构虽然受到各种工况的限制， 物 送机的工作状态是处于滴载正常运行的状态。 在常规 设计计算方法完成后， 可以 采用离做变量优化的网 格 法， 对带式粉送机参数进行优化设计。 优化的目 标函数是抽送机的年总运营费用。 它包 括抽送带、 托棍及滚筒的年折旧维修费和年电费。机 架、电动机和减速器等部件对优化结果形响不大。 可 不考虑其费用。目 标函数与粉送带的宽度 B 、 速度 。 、强度
4、 G ， 、托辊甸距 a以及输送带的张力纬有美. 艳送带的张力可由滚简工作的围包角 。 确定。所以 目标函数为 D = F ( B , G, a , v , a ) ( 1 ) 式中D 物送机的年运营费用。 带式愉送机结构参数优化的目 标是使单位物料运 营费用最低。对于某一确定的运量、 带速以及驱动滚 简的围包角， 输送带的 带宽越小、 强度等级越低。 对 降低运营成本越有利;托辊组间距在满足挠度条件、 托辊承载能力和托辊寿命要求下越大越有利。 该优化 方法实际上只是一种选型设计的 优化方法， 所得结果 需要作进一步分析。 3 . 带 式翰 送机的 动 态分 析方法 a l 带式翰送机的 启制
5、动过程的 合理设计是带式艳送 机设计的 t要内容。 输送机各元件的受力状况都是在 启制动过程中 达到最大， 所以分析输送机各元件的 最 大受力应对输送机的启制动过程进行动力学分析。 标 准的设计方法中采用的 是将输送带看成是刚体对袖送 机进行动力学分析， 这种分析方法对于小运t. 短距 离的物送机可以得到满足工程设计要求的 精度。然而 对于大运f、 长距离的大型带式输送机， 刚体动力学 的分析方法已不能渝足设计要求， 计算结果存在较大 的 误差，已经失去了粉送机的固有动力学特性。因 而， 对于大型带式轴送机必须采用较为精确动态过程 的动力学分析方法。 带式物送机是一个复杂的 机电系统。 其启制
6、动动 力学分析涉及到输送带的 力学性质、 艳送机的运行阻 力、 驱动装置的 机械特性、 拉紧装t的 作用等谙多因 衰。 其中最主要的是物送机的运行阻力和物送带的力 学性质 ( 输送带的力学性能按粘弹性来考虑) 。 根据 抽送带运动的力平衡方程、 几何方程和物理方程， 建 立抽送机的连续模型的动力学方程。对粘弹性体 抽送 带进行动力学分析的主要方法有解析法和数值解法。 1 5 9 ;-一 一丁门厂一一一一一一一一一一一一 一 一 礴健套.t 二 j T . D / -1 1 I声 _ I = 止 二 孟产一+ 一1 二 : 儿 .哎 4J J ， 2 a 勺Y a Y s、 式中祝 一一抽送带纵
7、向 振虽的阶; 月 抽送带横向振型的阶; a 托辊间 距， m ; 几 单位 宽度 上抽送带的张 力， P a ; Y a 一一包 括物料的单位面积质f, 掩 D- 轴送带纵向的薄板弯曲刚度。 Y 无t纲的 颇率系数。 其数值可以 根据艳送带方向的边界条件， 采用数 值求解方程的方法求出。 托辊转动的 预率为 击璐1击娇魂气f碑卜中司、硬矛 ( 5 ) 卫耐 =mo 带式粉送机连续模型的动力学方程是一个十分复杂的 偏徽分方程组。 且包括复杂的边界条件， 对其完整的 动力学方程进行娜析求解几乎是不可能的。目 前， 对 带式钧送机动力学模型的 娜析分析主要是通过简化模 型来分析棋型的固 有特性 如
8、波的 传播速度) 和对理 想的特殊问 姗进行解析求解。 在实际中 大都采用数值 求娜。 通常将物送机连续模型的动力学方程采用差分 方法得到物送机的离放动力学方程。 橄法是将物送机 封分为有限个单元得到其离做棋型， 并考虑到物送机 的离 徽棋型是由闭环结构 整条翰送带) 和分支结构 ( 拉吸装t)构成， 采用拉格朗日 方程建立带式输送 机离徽棋型的动力学方程如下: M I XI + C I XI + K I XI =I F I ( 2 ) 式中 M C K F 分别为质f,阻尼、 刚度和力矩阵; IXI I V I ( X II I 分别为位移、速度和 加速度矢t; 为了更好地对带式物送机进行动
9、态分析。 已开发 出了 带式翰送机动态分析软件 【 2 ， 该软件可以对几 乎所有的 轴送机布t形式、 驱动装里进行分析， 现已 经应用于实际设计中， 获得了良 好的 设计效果。通过 对带式抽送机的动态分析可以得到的主要结果是: ( 1 )给出物送机各主 要部件的受力状况， 应用这些 结果可以进一步对各零部件进行强度设计; (2 ) *供合理的gm动装g. 启制动过程的49动力和 制动力的控制要求; (3 ) 为艳送机的拉断装里设计提供设计参数。 包括 拉致装1的速度、 行程， 进而可以设计拉峨装t的驭 动功率; (4 )0脸初步设计 结果的合理性， 通过分析结果对 初步设计进行改进。 4 .
10、 通免共级的设计方法 5 通免共振的发生， 可以提高托辊的寿命， 减少由 于振动而造成的抽送带损坏， 从而降低运营成本。为 此， 首先福要明 确进免共振的工况问题。 注意到在翰 送机的启侧动非称态工况和空级的工况均不是长期存 在的工况， 单从遥免共振的角度出发， 可以只对润载 的祖态工况进行遨免共振问厄的设计。实际上， 要遨 免共振就是使抽送带的固有颇率和作为振动裸的托辊 的橄振孩卒钻开. 因而要求 卜 f -一A I - o f ( 3 ) 式中 f 一一抽送带的 振动颇率; f c 托辊转动的频率; o f 一 一 狈带宽， 对俐绳芯 翰送 带o f = 1 o 抽送带的固 有组率可以表示
11、为 1 6 0 f R 式中. 带速， I I7 / S ; d 托辊直径， 实际上抽送带的高阶固有颇率都比托辊转动的频 率高得多， 所以， 一般只需 ，卜翻解，心-.硬七尹侧毒书份r砚fl卜七资夔-.砚举斗牵盆蛋奋f考碑亡，泊公恶呀嗜于卜盆皿.无.，曲挂占j f u一f 8 I - o f 其中， 为物送带振动的基频，由 式 ( 6 ) 得 1 / 乞D . I r 1 2 广 ”= ;一 几了一+ 一.-1 L a- Y 7 br e 、口 兀 i 如果把艳送带看成是挠性体时，输送带的固有频率为 了 一 1 抨 + q. 6 )2 a T 式中:了 抽送带张力， N ; 4 c 每 米长
12、度上 物料的 质 1. k g / m ; 4 E每米输送带的质A, 掩/ m , 可见， f f R( 8 ) 由上面各式可见: 减小托辊间距、 增大抽送带张 力、 减小物送带质，、 增大艳送带夸曲刚度、 减小带 速和增大托辊直径等方式可以 起到遨免共 振发生的 效 果。 而抽送带和带邃受到其他众多条件的限侧， 不能 蠢 二 if 1 A 钻 因为要遵免钧送机局部的共振就发生改变， 所以 实际 上可以 采用的措苗也就只有以下两种方法: ( 1 ) 减小托辊间距; ( 2 ) 增大托棍直径。 增加系统的托辊数童会增加成本， 还会增加转动 阻力和 艳送带张力。 从而提高 翰送带的振动频率。为 了
13、不过分增多托棍的 数t， 可以 通过综合分析后， 在 可能发生共振的区城峨小托辊间距， 在其他区间 保持 原 设 计间 距， 以 获得 较好的 经 济效 果。 5 . 带式 翰送机设 计计算程 序 t 带式抽送机的设计程序是一个循环的设计过程。 下面给出一个完整的设计程序， 在实际设计中 可以 根 据设备的重要程度采用部分或全部过程。 ( 1 )根据抽送t和物料的 性质初步确定轴送机的 运行速度。在可能的 条件下应该尽量采用高带逮，因 为高带速的采用可以减小带宽，以及相应的托辊长 度、 滚筒宽度、 支架宽度， 降低运行阻力。 ( 2 ) 初步确定愉送带、 托辊和中间架的结构和参 数。 ( 3
14、) 标准方法的 计算功率的计算。可以根据 设备的重要程度选择标准计算方法。 短小的 输送机可 选用日本标准J I S B 8 8 0 5 -1 9 7 6 的功率计算方法。 一般应用 D I N n1 0 1 , I S 0 5 0 4 8 ( D T ll ) ，C F M A计 算方法。 在计算过程中应考虑的工况见表 1 。 其中O表示 通常必须考虑的工况。 .是对于特定的翰送机需要考 虑的工况。 空载、 满级的正常运行、 启动和自 由停机 是物送机运行必然出现的工况。表中 最大载荷和最小 载荷是指抽送机有变坡的情况下， 有时要考虑全部上 坡段有物料或全部下坡段有物料等极端工况。制动停 机
15、也不是所有的物送机都存在的工况。 . 1 计茸过粗应考自的工况 虑极限沮度工况的影响， 即最高沮度和最低沮度情况 下的计算。温度的变化主要影响输送机的运行阻力、 物送带的性能、 输送带和滚筒间的 卑擦系数等， 抽送 机所处的海拔高度还会影响电器元件及流休部件的选 择。 ( 4 ) 确定驱动装f的位f和功率分配。 设计的 原 则 是使 钧送机的张 力尽S D R +。 通常水平、 上 运和正 功率下运时驭动装f设f在头部; 下运负功率时驱动 装t设里在尾部; 长距离时考虑头尾V动或者中间驱 动。 ( 5 ) 输送带张力的初步计算。 应用逐点计算方法 计算物送带的最大张力和最小张力， 验算输送带的
16、强 度和艳送带的挠度， 给出 初步的拉紧力要求。在计算 中可以 先不考虑曲线段的影响。 ( 6 )曲线段、 过波段的设计。根据初步计 算出的 张 力， 设 计曲 线 段 和 过 渡 段 6 ( 7 ) 拉紧装2的初步设计。根据驱动装f的布I 确定拉紧装t的位2、 拉紧力和拉紧行程。 ( 8 ) 制动 器的 初步 设计。 确定 制动器位2 3 制 动力大小、 侧动力分配和制动力要求的 拉紧力。 ( 9 )带式输送机的动态分析。 ( 1 0 )避免共振设计。 .考文橄 . 空载瀚载最小续荷 最大载荷 正常运行OO 启动OO 自由停机OO. . 创动停机 另外。 在沮差变化较大区域使用的抽送机还耍考 宋伟刚 . 散状物料带式艳送机设计 . 沈阳: 东北大学出 版社， 2 0 0 0 . 宋伟刚 ， 大型带式输送机动态
