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大型输送带的动力学模型研究 【摘 要】 输送带是带式输送机的关键部件，也是确定输送机整机性能的核心部分，其中输送带的动力特性是带式输送机动态设计和分析的基本问题。输送带的主要功能是承载与运输物料，这要求它本身要有足够的强度与抗冲击实力。因此，输送带设计强度的确定变成了一个优化问题，问题求解的精确性则依靠于我们对输送带在各种外界条件下行为特性的了解程度。 【关键词】 输送带 动力特性 线速度 滞后特性 蠕变特性 弹性模型 粘滞系数 1引言 以前，由于对输送带在运动状态下的特性缺乏精确的了解，设计时只能采纳静态设计方法，即静强度加平安系数的方法，为提高其牢靠性，常取较大的平安系数，国标平安系数一般取10。随着运输距离的加长、运量的增大、速度的提高，动应力将明显增加，单纯地依靠提高平安系数已无法解决，迫切要求对输送带本身动态特性进行深化的探讨，为降低成本提高经济性供应牢靠的保障。 2、输送带的静动特性 输送带的静动特性事实上就是它的物理特性。带式输送机所用输送带由带芯和覆盖层两大部分组成。目前，主要有两种输送带可供选择：一种为整芯输送带，另一种为钢丝绳芯输送带，其覆盖层的主要成分是各种橡胶和塑料，其特性为粘弹性，力学性能比较丰富，对输送带特性有明显的影响。带式输送机出现的初期，由于运输长度都不大，输送带在理论探讨中是被作为弹性体甚至是刚体进行处理，探讨的结果基本上可以指导生产实践。 2.1输送带的静特性 静特性是指输送带在无限缓慢的外力作用下经无限长时间后所表现出的静应力与静应变之间的关系，由力学特性可知： 式中：ES为输送带静弹性模量；s为静应力；s为静应变；F为外作用力；A为输送带有效横截面积。 在带式输送机计算中，覆盖胶的弹性模量是单位面积上的受力值，如N/cm2，而带芯及输送带整体的弹性模量常用单位宽度上的受力值，如N/cm或N/，这时作用力F为： 式中：B为输送带有效宽度；Z为输送带层数。 2.2输送带的动特性 输送带是由橡胶覆盖层与钢丝绳芯或织物芯组成的，它在受到外力作用时，所表现出的力学特性不仅仅是上面所分析的那一种静力学特性，而且还具有很困难的动力特性，即应变不但与应力大小及加载历史有关，还与时间、频率、温度及材料特性有关，详细表现在： 应力应变的非线性关系 由图1可见，输送带即使在承受缓慢的拉力作用时，拉力和变形也不完全听从虎克定律，而是呈现比较明显的非线性特性，其动态弹性模量也不是一个固定值，而是应力的函数，即d=f()。 滞后特性 由图1可见，当给输送带施加作用力和削减作用力时的应力应变曲线是不一样的，即所谓的滞后特性。须要说明的是新输送带滞后特性比旧输送带要严峻，而且还不够稳定。不过经反复施加载荷和卸去载荷后这种滞后现象就会稳定下来，并出现，现象，见图1中的虚线。 蠕变特性 所谓蠕变特性就是指输送带在所受作用力大小不变时，其伸长与时间有关的特性，如图2所示，当所探讨的输送带较短时，这种特性对启制动过程的影响可以忽视不计。 松弛特性指输送带拉伸到肯定长度后，将其两端固定，输送带应力随时间改变的关系，如图3所示，从图中不难看出应力是根据指数规律衰减的，并且在肯定时间后稳定下来。 动态弹性模量 输送带在拉力作用下的变形与拉力大小及其改变频率有关，在肯定的频率，输送带弹性模量与其张力之间的关系如图4所示。 3、输送带的数学模型 3.1粘弹性模型 由上面分析可见，输送带的动力特性具有明显的粘弹性特征，所以建立输送带的动力学模型就是建立相应的粘弹性模型。弹性和粘性是连续介质两种基本的性质，各在肯定条件下独自反映了材料关系的一个方面，志向弹性模型和志向粘性模型是反映这两种性质的志向模型，通常称为简洁模型，输送带的力学关系可以用这些简洁模型的各种组合来构成，又称虎克弹性模型，通常用志向弹簧表示，如图5，其力学方程为虎克定律。当受单向拉伸时表达式为： B· 式中：为弹性体应变；为弹性体应力；B为弹性体单位宽度弹性模量。 志向粘性模型又称牛顿粘滞体模型，通常用阻尼器表示，如图5，阻尼器内活塞在粘滞液体中的移动速度与所受阻力成正比关系，反映了粘性介质内一点的应力与该点处应变率成正比关系的性质，表达式为： · 式中：为粘性体内的应力；为弹性体粘滞系数；为应变率。 4、结论 带式输送机是散状物料实现远距离运输的高速度、自动化、连续性作业的志向设备，已广泛应用于电力、冶金、化工、煤炭、矿山、港口和粮食等很多部门。随着工业的需求，带式输送机向长距离、高速度、大运量、大功率等方向发展，带式输送机的动力学问题也越来越多。这就须要系统探讨带式输送机的动态特性，实现在设计阶段预料和优化输送机的性能，从而使带式输送机在经济上更加合理、在技术上更加牢靠。 第5页 共5页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页