張力計算及驅(qū)動原理

1、第3章張力計算及驅(qū)動原理張力一輸送機牽引構(gòu)件內(nèi)的拉緊力.主要包括：1張緊裝置形成的初張力予張力；2克服各種阻力所需的張力；3由動載荷所形成的張力.靜張力一包括初張力和克服阻力所需張力,包括1和2;動張力一由于動載荷所形成的張力.張力計算的目的是確定輸送機牽引構(gòu)件的最小張力和最大張力,以便選擇強度適宜的牽引構(gòu)件.另一目的是確定驅(qū)動裝置傳遞的圓周力,最終確定電機的功率.為進行張力計算首先進行阻力計算：3.1阻力計算牽引構(gòu)件的運動阻力可分為三類：1直線區(qū)段阻力；2曲線區(qū)段阻力；3局部附加阻力3.1.1直線區(qū)段阻力現(xiàn)考慮某一輸送機圖3-1.斜長為L機長,m;傾角為P,向上輸送,牽引件速度為v；線載荷為

2、q,N/m,取一段La研究對帶式輸送機有:q=q物q帶q'式中其中q,一轉(zhuǎn)動部件線載荷；牽引構(gòu)件受力：物料正壓力：qLaCOsB;物料自重分力：qLaSinP；牽引構(gòu)件沿支承裝置運動時的阻力：BqLaCOSBE一運行阻力系數(shù),表示阻力與正壓圖3-2力成比.建坐標(biāo)系如圖3-2,現(xiàn)考慮x向平衡.1、向上運動此時,阻力向下.有：Sa=SbR0qLacos喟qLasin2、向下運動此時,阻力向上.有：S=Sa0翻LaqcosP-qLasin由上面兩式知：牽引構(gòu)件沿運動方向內(nèi)任一點的張力等于后一點張力與該兩點間區(qū)段上的阻力直線段張力計算運行阻力單位長度上阻力qq輸送機牽引構(gòu)件線載荷物料線載荷qq

3、qqfq的討論Si=S之和.因此,ab兩端的張力之差,就表示該區(qū)段的運動阻力1滑動：牽引件直接在導(dǎo)軌上滑動,此時8=f一滑動摩擦系數(shù).2滾動如滾子鏈作牽引件圖3-32k+"=C0D克服以下阻力：=qfflcosPEsinP)LarAiruAiiuMiEbrsF1滾輪軸頸處摩擦阻力；2滾輪與導(dǎo)軌的摩擦阻力.摩擦力矩：M=kN+NNd=Nk+Ndf22式中N軸頸處滑動摩擦系數(shù),M=0.50.6mm;k滾動摩擦系數(shù).克服摩擦力矩所需圓周力：D2Mf2,d力矩平衡：F一=Mf,F=k+NN2DD22kd故有：o=圖3-4在滾柱上運行D考慮到輪緣端面歪斜和安裝不準(zhǔn),加一修正系數(shù)Co：1.21.

4、3骨動軸承Co='J.51.瞌動軸承3在固定支承的滾柱托輻上運行圖3-4目前,輸送機械日益向高速方向開展,為適應(yīng)這一開展趨勢,國內(nèi)外對牽引構(gòu)件輸送帶而固定滾輪托輻上運行的阻力作了大量的理論和實驗研究,研究結(jié)果說明固定滾輪上的運行阻力包括：運行阻力系數(shù)考慮了其主要阻力：主要阻力運衿附加阻力仃阻力特種阻力一提升阻力_'0.0150.035平托輾、0.0150.04槽托輾其它阻力可單獨計算.托輻運行阻力物料碰撞阻力帶彎曲阻力擠壓阻力壓陷滾動阻力物料與帶在加料處阻力物料與料槽磨擦阻力側(cè)托輻前傾阻力物料與料槽側(cè)壁磨擦阻力自重的分力產(chǎn)生3.1.2曲線段阻力為改變輸送機牽引構(gòu)件的運動方向,需

5、要改向裝置.改向裝置常用的有滾筒,滑輪,鏈輪等.牽引構(gòu)件繞過這些改向裝置時由直線段變?yōu)榍€段,在曲線段上有阻力產(chǎn)生.另外繞過曲線導(dǎo)軌時也有阻力產(chǎn)生.1、考慮牽引件繞過改向滾筒鏈輪時的阻力圖3-5繞過滾筒或鏈輪的阻力阻力包括兩局部：軸承摩擦阻力；牽引件僵性阻力.1軸承摩阻P'0克服支承面上的摩擦,折算到圓周上的力P'0為：d.一一DdP0=N一力矩平衡：P0-ND22式中：N-正壓力,不計輪重時,S=S,N=2Ssin-2dd軸徑與輪徑之比,=0.1-0.15.DDN-摩擦系數(shù),0.100.15滑動0.020.03滾動_d所以有：P.之2SsinD22僵性阻力R,P0=S式中占一

6、僵性阻力系數(shù);1牽引構(gòu)件為鏈條時：其中此一鏈條關(guān)節(jié)摩擦系數(shù);6一一關(guān)節(jié)直徑與輪徑之比.D2牽引構(gòu)件為輸送帶時：其中B輸送帶厚度;D一輪徑.3)牽引構(gòu)件為鋼絲繩時:二0,.其中d鋼絲繩直徑;D一滑輪直徑.克服上述兩種阻力所需圓周力:"dP0=P0+P0=S(2Nsin+亡)=一D2式中一曲線區(qū)段阻力系數(shù),匚=0.020.08.結(jié)論：牽引構(gòu)件繞過曲線段時,由于摩擦和僵性而產(chǎn)生阻力,為克a0圖3-6在曲線道軌上服這些阻力,有:S'>SS=SP0=SS=(1)Sc=1稱為張力增大系數(shù).通式：P0=SiSi=cSi注意：要區(qū)別曲線段阻力系數(shù)2、在曲線導(dǎo)軌上的阻力為張力增大系數(shù)Co

7、計算公式：Si=c§=(1+bSu滑動:Si=Si.1ef：f：f：dc=e,=e-1滾動:Si=Si,e;c=e二=e二一1托輻上運行:Si(-0.01)：一Si,e3.2牽引構(gòu)件張力計算3.2.1逐點張力法前面我們已討論了直線段和曲線段阻力的計算,并得到公式：S=5+亞和5=cS.現(xiàn)在來計算牽引構(gòu)件的張力.如圖3-7所示尺寸及各直段阻力.情況I:驅(qū)動裝置在頭部圖3-71由線路布置確定各段尺寸,Li、L2、L3、L4；有載、無載分支線載荷q,q0、各段阻力系數(shù)0、張力增大系數(shù)c;2確定特征點1,2,3,4,5,6,7,8初始點選驅(qū)動輪繞出點；3阻力公式：Wi=qLm土H4張力公式:

8、Si=SWSi=cSi然后按次序依次計算,這種方法稱為逐點張力法.從第1點開始,設(shè)SiS2=W1S1S3=c23S2S4=S3W2S5=c45s4S6=S5W3S7=C67S6S8=S7W4將上述各式依次代入后有:S8=c67c45c23W1c67c45c23slc67c45W2<6洶W4情況II:驅(qū)動裝置在尾部圖3-8S8-C67c45c23W1'C67c45c23s1不能按上述順序計算.因在4,5間是驅(qū)動滾筒,不再有關(guān)系：S5=CS4.重新選定特征點：設(shè)Si,S2S8的計算式與前面的相同,但最終的計算結(jié)果卻不同.*注意：用逐點張力法計算時,不能經(jīng)過驅(qū)動裝置.在式：c67c45

9、W2G7W3可中,為簡化計算取c=,c67c45c23(平均值).那么：S8=c3(W1+G)+c2W2+cW3+W4S8一繞入驅(qū)動輪的點的張力,用S人表示;Si一繞入驅(qū)動輪的點的張力,用S出表示.所以有：S入=c3(W+S出)+c2W2+cW3+W4傳遞的圓周力為：P=S入S出將S入代入,有：P=(c3-1)S出四函也泌眥川3的4nni.S入=cSy：!.cW1_i.,.i=e一般公式：nP=(cJl)S出“9叫14i=S式中n改向裝置數(shù)目(改向次數(shù)).3.2.2最小張力1、最小張力的作用為了預(yù)防牽引構(gòu)件產(chǎn)生太大的垂度,保證驅(qū)動裝置正常工作及工作構(gòu)件工作時的穩(wěn)定性,故需要保證牽引構(gòu)件上的最小

10、張力不小于某一允許值.所以,多數(shù)情況下,最小張力是的,因此在進行牽引構(gòu)件張力計算時,通常是從最小張力點開始.2、概念TAlYyAMUrHVEHGrrYOF最小張力小!小靜張力最小工作張力其中:圖3-9兩支承間牽引構(gòu)件下垂最小靜張力一輸送機安裝完畢后牽引構(gòu)件承所受的予張力靜止?fàn)顟B(tài)下.在輸送機整個線路上各點予張力相等.對鏈?zhǔn)捷斔蜋C：100-200kg(L<50m)=<200300kg(50<L<100m)300500kg(L>100m)對帶式輸送機：S靜min=Gb+WS入e'最小工作張力一保證輸送機正常運轉(zhuǎn)時,牽引構(gòu)件中的最小張力.3、最小工作張力確實定a按

11、兩支承間牽引構(gòu)件的最小垂度確定如圖3-9所示傾斜帶式輸送機,兩托輻支承間一段牽引構(gòu)件輸送帶：托輻間距為I,其上載荷均布：q=q物+q帶,張力Sa和Sb拉緊懸垂段A-B,因垂度很小,為簡化計算認(rèn)為載荷均布在直線段AB上,而不是在曲線上.將q分解為qsin飾口qcos0.因qsinP作用方向平行于運行方向,幾乎不影響垂度,所以忽略.連續(xù)輸送技術(shù)93-10)Osinxqcosiin3-10yiinx=0對散狀物料(b)按驅(qū)動裝置正常工作條件來確定zhllyy96/5/2021OC段分析,由平衡條件有c=0fmaxDminx=0寸y=02qxycos2Smin現(xiàn)考慮qcos飾勺影響,根據(jù)載荷的均勻性以

12、確定懸垂曲線在坐標(biāo)軸OY兩邊是對稱的x2in=5qlcosfmax=0.025故得帶的最小工作張力應(yīng)滿足消去Sc2Xqcos:dx=cos一qcSy=Scsin=二xqcosSx=&cos：=Smmtg二=dy.dy=-xq-cos:dxdxSmin-時垂度最大為fmax2ql2bcos-8Sminin=?2CoS8fmax臨界狀態(tài)為:N牽引構(gòu)件與傳動滾筒間摩擦系數(shù);式中圍包角,rad.S入=e飛出應(yīng)滿足歐拉公式：S入93比5出以摩擦驅(qū)動為例(圖3-11),要保證傳動滾筒不打滑,圖3-11摩擦驅(qū)動傳遞的圓周力:P=6§=(e-1)S出0-e；1(c)鏈?zhǔn)捷斔蜋C以刮板輸送機為例

13、,取一個鏈節(jié)為別離體研究.I'llh對O點取矩：£M0=0,有:Sminsin2P+(Smin+P)-sinB=Phcos口2II十.Uairi：-W!力而*P簡化后得：SminPhP一ttg2°F,圖3-12鏈節(jié)受力P-水平區(qū)段的阻力,式中q物一物料線載,N/m;q0一牽引構(gòu)件及相連的運動部件的線載,N/m;一刮板沿槽底的滑動摩擦系數(shù)；0'一刮板沿槽底的滑動摩擦系數(shù)；l一兩相鄰刮板的間距.-2°3°.通常,刮板高度h、鏈條節(jié)距t為,為保證刮板的工作穩(wěn)定性,一般取3.2.3張力圖解法張力圖解的特點：使輸送機牽引構(gòu)件的張力一目了然,度較差.

14、特別是對復(fù)雜線路的輸送機更是如此.但準(zhǔn)確另外,圖解法還可選擇驅(qū)動裝置的有利位置.逐點張力計算:S二SibS2=SW1S3=cS2S4=&W2式中：W=qo(Lh-H)=q0L(cossin-)W2=q1(LhH)=q1L(cossin：)qo牽引構(gòu)件單位長度重量,N/m%二qqq一物料線載荷,N/m®一有載分支阻力系數(shù)；0一無載分支阻力系數(shù).建立坐標(biāo)系如圖3-14.橫軸為長度,縱軸為力.直線段阻力呈線性變化,故直接連線.在圖3-14中,圓周力P=S4Si、張緊力予張力G=S2+&、最大工作張力為S4tg%=qo(0cos口-sinP)、tg馬=q1(0cosP+sin

15、P).圖3-14張力圖解以上作圖是假定各點張力為,實際上往往已知以下條件：a輪廓尺寸、b某點張力、c直線段單位長度阻力、方法步驟：d張力增大系數(shù).由這些條件來作圖.1)2)3)4)選定比例,劃橫軸輸送機輪廓尺寸；選定比例,作某一張力點如最小張力點;由點連接相關(guān)的正切斜線；連成折線.例：某一輸送機的線路布置及輪廓尺寸如圖3-15水平布置.：W1=150N,W2=800N,c=1.04,N=0.3,a=180:q=78N/m,l=1.2m.求：1用圖解法確定張力；2校核最??；3求予張力.解：1設(shè)S1,S2=S150S3=c&=1.04(S150)圖3-15S4=S3W=1.045956由不

16、打滑臨界條件:也S4=Se一=2.53S聯(lián)立求得:S=485N,S2=635N,S3=660N,S4=1460.7N2作圖圖3-16圖3-163) Smin-(4-5)ql=374.4468.0S1為最小工作張力S1=485SminS的最小工作張力S3=660Smin所以合格.4) GS2S3=1295N假設(shè)先選定再求0和S4,那么用不打滑條件校核.解：1設(shè)Si,S2=§150S3=c§=1.045150S4=S3W1=1.04§956由不打滑臨界條件：S4=2.536聯(lián)立求得：S1=485N,S2=635N,S3=660N,S4=1460.7N2作圖圖3-16圖

17、3-163) Smin-(45)ql=374.4468.0S1為最小工作張力Si=485SminS3為最小工作張力S3=660Smin所以合格.4) GS2S3=1295N假設(shè)先選定G再求Si和S4,那么用不打滑條件校核.3.3驅(qū)動裝置有利位置的選擇及驅(qū)動功率計算前面我們已學(xué)習(xí)了用解析法求輸送機各點的張力、確定最小張力及,張力圖解法.本節(jié)我們由張力圖解合理選擇驅(qū)動裝置的位置以及驅(qū)動功率的計算.3.3.1 驅(qū)動裝置有利位置的選擇在設(shè)計輸送機時,應(yīng)使?fàn)恳龢?gòu)件的最大張力為最小.其目的是使?fàn)恳龢?gòu)件的尺寸、重量和價格減??；直段和曲段運動阻力減小；能耗降低；牽引構(gòu)件和改向裝置的摩損降低.原那么是有載分支牽

18、引構(gòu)件的最小張力不小于最小允用張力.由張力圖解可選擇驅(qū)動裝置最有利的位置.設(shè)想將驅(qū)動裝置設(shè)置在下滾筒處如圖3-17,為使輸送機能正常工作,有載區(qū)段的最小張力不應(yīng)小于最小許用張力Smin變.由S3開始作張力圖圖3-18.SmS4G最S2S3力,故S3保持不Smaxs2gS4Si比擬兩種驅(qū)動裝置的位置可見,驅(qū)動裝置在頭部時牽引構(gòu)件內(nèi)的最大張力較小,張緊重錘重量也小的多.而驅(qū)動裝置在尾部時牽引構(gòu)件內(nèi)的最大張力較大,且張緊重錘重量也大的多.結(jié)論：驅(qū)動裝置應(yīng)放在卸料處,傾斜布置的輸送機放在頭部更有利.以上是簡單線路的輸送機,實際上用解析法也可計算出不同位置時的張力情況,而對復(fù)雜線路的輸送機,用圖解法就一

19、目了然,減輕了計算工作.3.3.2驅(qū)動功率確實定驅(qū)動裝置位置已選定,牽引力已確定,輸送機工作速度v已定后即可計算驅(qū)動電機功率N.驅(qū)動滾筒鏈輪的軸功率No:No=(S入一S出)v=Pv.10001000電機功率:.,(Sa-S)vPvk=k10001000kw式中k一功率備用系數(shù)；“一傳動效率,查有關(guān)手冊.3.4摩擦驅(qū)動前面我們已學(xué)習(xí)了撓性牽引構(gòu)件輸送機閉合輪廓上各點阻力、張力計算,張力圖解,牽引力周力和功率的計算.本節(jié)將討論在驅(qū)動輪上牽引力是如何傳遞的.3.4.1摩擦驅(qū)動的應(yīng)用情況摩擦驅(qū)動一驅(qū)動滾筒靠摩擦力將圓周力傳遞給輸送帶、鋼絲繩或焊接鏈.牽引構(gòu)件不打滑的條件：牽引構(gòu)件有足夠的張力；接觸外

20、表有一定的粗糙度；足夠大的圍包角.應(yīng)用：無極帶用于帶式輸送機和斗式提升機；無極焊接鏈用于低速斗提機.3.4.2 摩擦驅(qū)動理論歐拉公式：S入一葭飛出符號說明同前.傳遞的圓周力：P=$入-S出3.4.3 單滾筒驅(qū)動在公式S入We也中,當(dāng)S入=eS出時,包角已全部利用.而實際情況是S入e也S出.因為以變,故包角a未被充分利用,因此引出利用弧和靜止弧的概念.從滾筒的繞出點考慮.如圖3-20所示:On利用弧,"=eN<e?S出兩邊取對數(shù)后有:：N極坐標(biāo)表示利用弧和靜止弧的張力圖解如圖3-21.在靜止弧段內(nèi)不傳遞圓周力,張力不發(fā)生變化.它是圓周力的一圖3-21圓周力傳遞種儲藏.某種意義上也

21、可理解為平安系數(shù).如果靜止弧消失,那么圍包角全部被用來傳遞動力如帶式輸送機啟動時.此時,S入=5出3陽到達極限,超出此值就要發(fā)生打滑.牽引件的伸長情況：在利用弧段,牽引件與滾筒間有相對滑動；在靜止弧段,牽引件與滾筒間無相對滑動.S'圖3-22雙滾筒驅(qū)動3.4.4雙滾筒驅(qū)動可以認(rèn)為雙滾筒驅(qū)動是單滾筒驅(qū)動包角的繼續(xù)增大而形成的,即當(dāng)1a1和1a2全部利用時:S入41SZ=4七-2_S入=-212SzSbDD-D假設(shè)匕=七=七貝u紅=ea=ekx假設(shè)不存在靜止弧包角全部利用,第一滾筒傳遞的圓周力Pi,第二滾筒傳遞P2,那么理論上可達到的兩滾筒的最高傳遞圓周力之比i'為:P1=$入-S

22、z=Sze,：1-1二S出屋侄七1-1P2=Sz-S出=5出吠上2-1P-e«,_1=_L=eA"兩滾筒傳遞的圓周力之比P2e-22-1P=rP2:5入_S出二S出e：14-2-1實際情況中：1=2=1=：,2=一2i=PL=e-2P=&e,-1P2u假設(shè)3=180由0.25,貝Ue'2=2.19三2.2.坦由于e2>1,所以理論上第一滾筒應(yīng)是傳力的主要局部.如果有靜止弧,那么第二滾筒的包角«2首先全部應(yīng)用,第一滾筒上有靜止弧.可見：雙滾筒驅(qū)動中兩滾筒傳遞的功率并不相等.3.5嚙合驅(qū)動3.5.1 概述嚙合驅(qū)動一驅(qū)動鏈輪上的輪齒與鏈節(jié)嚙合將圓周

23、力傳遞給鏈條.多用于鏈?zhǔn)捷斔蜋C中.由鏈條受的最大張力來確定鏈條的尺寸,而計算鏈條的強度時,必須考慮動載荷的影響.動載荷產(chǎn)生的原因：輸送機啟動和制動時牽引構(gòu)件的加速和減速；輸送機穩(wěn)定工作時速度的變化.3.5.2 鏈條運動學(xué)牽引鏈條繞入和繞出鏈輪時的速度加速度變化規(guī)律.在機械振動中有公式：xt=AsinEt+中式中A振幅；中一相位角.借助于這一公式,在這里A為鏈輪半徑R,所以有：.牽引鏈條速度：x=v=REcos切t+*LOGY牽引鏈條剛嚙合上鏈輪時的相位角為初始相位角azzR0(a)加速度變化曲線如圖(b)角速度分與鏈條平均速度1z(c)圖3-23牽引鏈條的速度和加速度a3A3A2開始嚙合的時刻t=02sin一zzlvRcos()zRcos()z3-23(a)、(b)所示.v平的關(guān)系：2sin他t+中)Rcos(-)z2sin(-)2sin()z1l口一=,可得0v平2cos(t一)z,所以有z牽引鏈條加速度：x=a如圖3-23(c)所示,設(shè)z為鏈輪的齒數(shù),那么每個鏈節(jié)的角度為.)的時間為一zz移一個鏈節(jié)所需時間為,故有v平-tz一,而半個鏈節(jié)的相位角為一zztaituanuMiVEmrrrof以匚3.5.3鏈條動載荷動載荷產(chǎn)生的原因：運動過程不均衡；加速度的忽然變化.由于慣性力使繞入點張力增大,繞出點張力減小.鏈條繞入鏈輪的附