基于habson啟動(dòng)曲線的帶式輸送機(jī)中間驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)

基于habson啟動(dòng)曲線的帶式輸送機(jī)中間驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)

0線上線下驅(qū)動(dòng)隨著高速翼機(jī)類型的發(fā)展，如何提高供應(yīng)鏈的強(qiáng)度，采用大規(guī)模的輸出設(shè)備，保證長(zhǎng)輸問題引起了研究人員的關(guān)注。采用線摩擦驅(qū)動(dòng)裝置是研制長(zhǎng)距離輸送機(jī)的方向之一。目前，線摩擦驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)、選型和使用依然是在考慮靜特性條件下進(jìn)行的。隨著帶速的提高，其動(dòng)態(tài)特性成為輸送機(jī)技術(shù)合理、安全可靠、經(jīng)濟(jì)可行的關(guān)鍵。文中應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)，分析線摩擦驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)特性，利用RecurDyn軟件建立線摩擦驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)樣機(jī)模型，分析帶式輸送機(jī)中間驅(qū)動(dòng)裝置數(shù)量以及長(zhǎng)度的增加，對(duì)輸送帶動(dòng)態(tài)特性的影響，以期為線摩擦驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)提供參考。1帶和帶著于更短的缺乏線摩擦驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)，是在一臺(tái)長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)(主機(jī))的輸送帶下面，裝設(shè)一臺(tái)或幾臺(tái)短的帶式輸送機(jī)(輔機(jī))，主機(jī)輸送帶(承載帶)借助重力或彈性壓力壓在輔機(jī)的輸送帶(驅(qū)動(dòng)帶)上，驅(qū)動(dòng)帶通過摩擦力驅(qū)動(dòng)承載帶，即驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。1.1抗拉壓設(shè)備設(shè)計(jì)線摩擦驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，由主機(jī)頭部驅(qū)動(dòng)滾筒、主機(jī)從動(dòng)滾筒、輔機(jī)頭部驅(qū)動(dòng)滾筒、輔機(jī)從動(dòng)滾筒、承載帶、驅(qū)動(dòng)帶等構(gòu)成。如果完全按照實(shí)際系統(tǒng)建立樣機(jī)模型，計(jì)算量非常大，因此在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性分析時(shí)，先對(duì)系統(tǒng)模型作適當(dāng)、合理的簡(jiǎn)化。在帶式輸送機(jī)系統(tǒng)中，頭部驅(qū)動(dòng)滾筒、尾部從動(dòng)滾筒、改向滾筒、機(jī)架、托輥相對(duì)于輸送帶而言，其剛度相對(duì)很大，變形很小，故把輸送帶以外的其他裝置均按剛體來處理，輸送帶設(shè)為柔性體。機(jī)架在系統(tǒng)中起支撐和固定作用，直接被固定在地面上，因此，文中直接將機(jī)架簡(jiǎn)化為地面，將托輥和滾筒與地面構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副。對(duì)于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可簡(jiǎn)化為一個(gè)剛性整體，不考慮它的變形，將驅(qū)動(dòng)函數(shù)添加到頭部驅(qū)動(dòng)滾筒上的旋轉(zhuǎn)副來代替驅(qū)動(dòng)。由于所建線摩擦驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)模型輸送距離較短，所以采用固定式拉緊裝置。假設(shè)承載帶、驅(qū)動(dòng)帶為各向同性的均質(zhì)材料，承載帶面為平行斷面而且承載帶與驅(qū)動(dòng)帶幾何、物理參數(shù)均相同，采用RecurDyn對(duì)承載帶和驅(qū)動(dòng)帶進(jìn)行建模，軟件提供了殼形單元帶(ShellBelt)，它被劃分成一些矩形單元，這些矩形通過平面力連接起來，并且每一個(gè)矩形單元都有6個(gè)自由度，如圖2所示。1.2主機(jī)的裝配仿真系統(tǒng)仿真模型根據(jù)相似理論，按照幾何相似和物理相似的原則，對(duì)線摩擦驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)進(jìn)行縮放，簡(jiǎn)化，最終使得仿真結(jié)果的精度和運(yùn)算效率之間達(dá)到一種平衡。輸送帶的材料屬性:彈性模量E=1.25×107N/m，阻尼c=1×106(N·m/s)，輸送帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量qB=7.29kg/m，輸送帶厚度b=10mm。將主機(jī)頭部驅(qū)動(dòng)滾筒和從動(dòng)滾筒的直徑均設(shè)為200mm，兩滾筒的中心距，即輸送帶的運(yùn)輸距離為8m;輔機(jī)頭部驅(qū)動(dòng)滾筒和從動(dòng)滾筒的直徑均為100mm;托輥直徑為40mm，上托輥間距為0.6m，下托輥間距為1m;一個(gè)中間驅(qū)動(dòng)裝置的位置處于承載帶的中間，如圖3所示。頭部驅(qū)動(dòng)滾筒采用包膠表面，與輸送帶的接觸摩擦系數(shù)取0.35，尾部從動(dòng)滾筒與改向滾筒均采用剛性光面，與輸送帶的接觸摩擦系數(shù)取0.30，托輥與輸送帶的摩擦系數(shù)取0.30，驅(qū)動(dòng)帶與承載帶的接觸摩擦系數(shù)取0.40。在仿真系統(tǒng)中，坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)在帶式輸送機(jī)系統(tǒng)幾何中心處，x軸正向向右，y軸正向向上，z軸垂直紙面向外;輸送機(jī)的運(yùn)行方向?yàn)閤軸負(fù)向，如圖3所示。分別在頭部滾筒趨入點(diǎn)和尾部滾筒奔離點(diǎn)設(shè)置張力傳感器，用以測(cè)定特定點(diǎn)張力。2模擬結(jié)果與分析2.1驅(qū)動(dòng)和啟動(dòng)仿真進(jìn)行虛擬樣機(jī)系統(tǒng)仿真之前，需要設(shè)定頭部驅(qū)動(dòng)滾筒的啟動(dòng)曲線。理想的啟動(dòng)過程應(yīng)該是在整個(gè)啟動(dòng)過程中加速度的最大值較小，且沒有加速度的突變。否則，前者會(huì)造成慣性力大，后者對(duì)輸送機(jī)有強(qiáng)烈的沖擊作用。常用的啟動(dòng)曲線有Harrison和Nordell兩種，兩種曲線都可以有效地減小輸送帶張力峰值(Fmax)和所受的沖擊。文中采用Harrison啟動(dòng)曲線:式(1)中，v0為輸送帶穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的速度，T為輸送機(jī)總加速時(shí)間。通過STEP函數(shù)構(gòu)造Harrison啟動(dòng)曲線，將其添加到主機(jī)頭部驅(qū)動(dòng)滾筒上，輸入驅(qū)動(dòng)函數(shù):在式(2)中，TIME為時(shí)間變量，并設(shè)定了輸送帶的穩(wěn)定運(yùn)行速度為3m/s，輸送機(jī)的總加速時(shí)間為10s。與此類似在輔機(jī)頭部驅(qū)動(dòng)滾筒添加Harrison啟動(dòng)曲線的驅(qū)動(dòng)。仿真時(shí)間為30s，仿真步數(shù)為300步。承載帶的動(dòng)張力遠(yuǎn)大于驅(qū)動(dòng)帶，以承載帶為研究對(duì)象，并且任意選取帶上一個(gè)結(jié)點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，選取結(jié)點(diǎn)1(在主機(jī)頭部驅(qū)動(dòng)滾筒正上方位置)為例進(jìn)行仿真分析。圖4為線摩擦驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)主機(jī)的啟動(dòng)速度曲線和加速度曲線，在啟動(dòng)時(shí)間為5s時(shí)，加速度達(dá)到最大值，在啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)加速度曲線呈左右對(duì)稱形式。為了使傳動(dòng)帶和承載帶同步運(yùn)行，應(yīng)該保證主機(jī)頭部驅(qū)動(dòng)滾筒表面線速度和輔機(jī)頭部驅(qū)動(dòng)滾筒表面線速度相同。2.2中間驅(qū)動(dòng)裝置數(shù)量對(duì)自適應(yīng)后克氏原螯蝦生長(zhǎng)和張力的影響圖5為中間驅(qū)動(dòng)裝置數(shù)量對(duì)線摩擦驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)頭尾處張力F的影響，圖5a為無中間驅(qū)動(dòng)裝置，圖5b有一臺(tái)中間驅(qū)動(dòng)裝置，圖5c為兩臺(tái)。圖5可見，曲線1為頭部滾筒緊邊張力，曲線2為尾部滾筒松邊張力。啟動(dòng)前10s，頭尾處張力均有較大的波動(dòng)，在5s左右張力達(dá)到最大值，10s后張力值趨于穩(wěn)定，這是由于前10s存在啟動(dòng)加速度，之后加速度為零。表1為不同中間驅(qū)動(dòng)裝置數(shù)量的頭尾峰值張力對(duì)比值。由表1可以看出隨著中間驅(qū)動(dòng)裝置數(shù)量的增加，頭部滾筒緊邊張力逐漸減小，尾部滾筒松邊張力沒有顯著變化。圖6為中間驅(qū)動(dòng)裝置數(shù)量對(duì)輸送帶結(jié)點(diǎn)張力變化的影響。同樣，圖6a為無中間驅(qū)動(dòng)裝置，圖6b和c分別為一臺(tái)和兩臺(tái)。其中曲線1是結(jié)點(diǎn)沿y向的位移曲線，正位移是結(jié)點(diǎn)運(yùn)行在承載段，負(fù)位移是結(jié)點(diǎn)運(yùn)行在回程段，能夠較準(zhǔn)確地描述結(jié)點(diǎn)的運(yùn)行軌跡。輸送帶在承載段的懸垂度遠(yuǎn)小于在回程段的懸垂度，并且輸送帶在回程段的張力波動(dòng)較大，這主要受托輥布置間距的影響。曲線2是結(jié)點(diǎn)的張力變化。從圖6a中曲線2可以看出結(jié)點(diǎn)在運(yùn)行過程中兩邊的張力變化規(guī)律，即結(jié)點(diǎn)在回程段由頭部到尾部，張力是逐漸增大的;承載段，由尾部到頭部張力是逐漸增大的，故最大值出現(xiàn)在頭部驅(qū)動(dòng)滾筒緊邊處;最小值為頭部驅(qū)動(dòng)滾筒松邊處，與實(shí)際相符。由圖6b中曲線2可知，當(dāng)結(jié)點(diǎn)運(yùn)行到驅(qū)動(dòng)段之前張力也是逐漸增大的，在承載帶與驅(qū)動(dòng)帶相遇點(diǎn)(中間驅(qū)動(dòng)裝置的尾部滾筒位置處)，達(dá)到極大值;最后受到滑移摩擦力的影響逐漸減小，在承載帶與驅(qū)動(dòng)帶分離點(diǎn)(中間驅(qū)動(dòng)裝置的頭部滾筒處)降至極小值。圖6c中曲線2和b中曲線2有相同的規(guī)律，不同的是在承載段有兩段受到了驅(qū)動(dòng)帶的滑移摩擦力;兩臺(tái)中間驅(qū)動(dòng)裝置的帶式輸送機(jī)，在穩(wěn)定運(yùn)行階段，最大張力值出現(xiàn)在承載帶與驅(qū)動(dòng)帶相遇點(diǎn)(左邊第一臺(tái)中間驅(qū)動(dòng)裝置尾部滾筒處的位置)。2.3中間驅(qū)動(dòng)裝置長(zhǎng)度對(duì)帶張力的影響圖5b和圖7反映了中間驅(qū)動(dòng)裝置長(zhǎng)度對(duì)線摩擦驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)頭尾處張力的影響。圖5b、圖7a、b分別為0.6、1、2和1.8m長(zhǎng)的中間驅(qū)動(dòng)裝置，圖中曲線1是頭部滾筒緊邊張力，曲線2是尾部滾筒松邊張力。表2為不同中間驅(qū)動(dòng)裝置長(zhǎng)度的頭尾峰值張力對(duì)比值。由表2可以看出隨著中間驅(qū)動(dòng)裝置長(zhǎng)度的增加，頭部滾筒緊邊張力逐漸減小，尾部滾筒松邊張力沒有顯著變化。圖6b和圖8反映了中間驅(qū)動(dòng)裝置長(zhǎng)度對(duì)輸送帶結(jié)點(diǎn)張力變化的影響。圖6b和圖8a、b分別為0.6、1.2、1.8m長(zhǎng)的中間驅(qū)動(dòng)裝置。曲線1是結(jié)點(diǎn)沿y向位移，曲線2是結(jié)點(diǎn)的張力變化。由圖可以看出，隨著中間驅(qū)動(dòng)裝置長(zhǎng)度的增加，驅(qū)動(dòng)段承載帶張力減小的越大。1.8m長(zhǎng)的中間驅(qū)動(dòng)裝置的帶式輸送機(jī)，穩(wěn)定運(yùn)行階段最大張力出現(xiàn)在承載帶與驅(qū)動(dòng)帶的相遇點(diǎn)(中間驅(qū)動(dòng)裝置尾部滾筒的位置)。3中間驅(qū)動(dòng)裝置及長(zhǎng)度對(duì)張力的影響(1)用虛擬樣機(jī)技術(shù)研究線摩擦驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)特性，通過分析證明，利用RecurDyn建立的線摩擦驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)虛擬樣機(jī)的模型，在給定條件下張力變化趨勢(shì)與實(shí)際相符。