基于三元件Kelvin模型的压陷滚动阻力计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三元件Kelvin模型的压陷滚动阻力计算方法，属于机器或结构部件的静或动平衡的测试领域，特别涉及一种输送带压陷阻力的计算方法。本发明专利技术所述的方法除了充分考虑带速、托辊半径、下覆盖层厚度、垂直载荷，同时直接体现了环境温度对压陷滚动阻力的影响，从而获得更准确的压陷滚动阻力数学模型。

【技术实现步骤摘要】
基于三元件Kelvin模型的压陷滚动阻力计算方法
本专利技术属于机器或结构部件的静或动平衡的测试领域，特别涉及一种输送带压陷滚动阻力的计算方法。
技术介绍
带式输送机作为输送散状物料的理想设备被广泛应用在各种场所，其优点除了众所周知的输送物料种类繁多、输送量大、运行平稳可靠、可实现一点或多点加卸料等之外，更重要的是其输送线路适应性强且输送成本低，经济效益显著。由于应用工况的不同，对带式输送机要求越来越高，输送带也在不断更新。现如今发展较成熟的输送带，按照芯层材料大致分为棉帆布芯输送带、尼龙输送带、PVC输送带、PVG输送带、聚酯帆布芯输送带以及钢丝绳芯输送带等。由于钢丝绳芯输送带具有抗拉强度大、耐磨损等优点，在大运量、长距离、环境复杂的工况应用较多。目前钢丝绳芯输送带最大抗拉强度已有10000N/mm，即规格为ST10000。随着社会生活节奏的加快，人们对带式输送机输送量的要求越来越高，长距离带式输送机的应用也逐渐广泛，ST10000将不能满足输送要求。如果一味单纯追求高强度输送带，一方面会造成输送带成本的直线上升，对于购买企业而言，这就会对形成望而却步的局势；另一方面功率消耗过大造成能源浪费，又与国家所提倡的绿色高效、节能减排的政策相违背，故而单纯追求高强度输送带的路径是行不通的。本着带式输送机绿色节能的原则，最有效的办法就是通过减小带式输送机运行过程中产生的阻力来实现目标。带式输送机稳定运行中产生得阻力有主要阻力、附加阻力、特种阻力、提升阻力等，其中主要阻力包括压陷滚动阻力、托辊旋转阻力、物料碰撞阻力、输送带弯曲阻力等，并且对于长距离水平带式输送机系统压陷滚动阻力占总阻力的60％左右，消耗的能量占带式输送机总能量的大部分。综上所述，减小带式输送机的运行阻力不仅可以实现同样条件下更高效率的输送，而且可以满足节能的要求，乃一举两得也。由于压陷滚动阻力占运行阻力比例较大，所以采用适当的方法与措施，减小压陷滚动阻力是最有效的途径。在我国的带式输送机各设计手册中，对压陷滚动阻力的计算往往是包含在主要阻力中完成的，并没有独立对压陷滚动阻力进行详细的讲解，更没有用于计算压陷滚动阻力的数学模型，因此建立考虑环境温度在内的压陷滚动阻力数学模型是十分必要的，这将为带式输送机压陷滚动阻力的研究奠定理论基础。在对压陷滚动阻力研究的过程中，大部分文献都没有提及环境温度对压陷滚动阻力的影响，在提及到的少数文献中，都是通过对不同成分覆盖层橡胶进行压陷滚动阻力试验从而进行研究。在理论方面仅有美国输送设备制造商协会CEMA给出具体的数学模型，具体形式为KbiR＝b0+b1×{1+tanh[b2+b3×(logV+aTexp)]}(3)上述各式中，ΔTbin为输送带压陷所产生的阻力；KbiR为输送带覆盖层橡胶的黏弹性特性常数；Pjn为覆盖层压陷参数；E0为橡胶刚度特性；Dr为托辊直径；hb为输送带覆盖层的厚度；wi为载荷分布系数；Wb为输送带单位长度重量；Wm为物料单位长度重量；Ln为输送机长度；BW为带宽；TF为工作温度；an与bn为系数。在表达式(1)中，影响压陷滚动阻力的因素有工作温度、载荷、托辊直径、橡胶刚度、覆盖层厚度、带速、带宽、输送带长度、托辊间距以及覆盖层橡胶的黏弹性常数。参数KbiR的确定需要已知一系列an、bn值，但是CEMA中并未说明如何得到这些参数值，因而实际上，人们无法使用该数学模型对压陷滚动阻力进行计算。更重要的是，现有技术中公开的压陷滚动阻力的数学模型，都没有考虑环境温度对压陷滚动阻力的影响，仅考虑了垂直载荷、带速、托辊直径、输送带下覆盖层厚度这些因素。然而由于影响压陷滚动阻力的主要因素是输送带下覆盖层橡胶的黏弹性，黏弹性又受温度影响很大，因此研究环境温度对压陷滚动阻力的影响是非常重要而必须的，未考虑环境温度得到的压陷滚动阻力必然是不准确地。
技术实现思路
为了解决现有技术的问题，本专利技术实施例提供了一种基于三元件Kelvin模型的压陷滚动阻力计算方法。所述技术方案如下：基于三元件Kelvin模型的压陷滚动阻力计算方法，包括：⑴求出输送带下覆盖层与中间平直托辊静态时(简称“静态时”)，托辊与输送带下覆盖层之间接触区域的接触区域半弦长a0，式中，P0为托辊与输送带下覆盖层之间接触区域的单位宽度垂直载荷，h为输送带下覆盖层厚度，R为托辊半径，E0＝7.663T3-225.7T2-1.271×104T+8.966×105(3-2)式中，T为环境温度；⑵将a0值赋予输送带下覆盖层与中间平直托辊动态时(简称“动态时”)接触区域半弦长a，作为a初始值；⑶将初始值代入公式(3-3)，在(-a，0)区间搜索满足边界条件σ(-b)＝0的b值式中，v为带速，e为自然底数2.71828，x为动态时托辊与输送带下覆盖层接触区域中任意点的横坐标值，E1＝283.3T3-1.862×104T2-2.18×106T+7.511×108，η1＝0.08147T3-1.64T2-180.9T+6924；⑷将a0、b值代入公式(3-4)，求出P'值式中，滞后时间τ＝η1/E1；⑸判断P'-P的绝对值<eps是否成立；其中，P为单位宽度垂直载荷；⑹若成立，则说明满足条件，可输出a、b值；若不成立，则说明不满足条件，需要修改a值，重复步骤⑶-⑸，至满足条件止；⑺将输出的a、b值代入公式(3-4)，即求出压陷滚动阻力本专利技术中相同的字母在不同的公式中代表同样的含义。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术所述的方法除了充分考虑带速、托辊半径、下覆盖层厚度、垂直载荷，同时直接体现了环境温度对压陷滚动阻力的影响，从而获得更准确的压陷滚动阻力数学模型。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是三元件Kelvin固体模型图；图2是a、b值计算过程流程图；图3是静态时，输送带静态压陷区域的几何模型图；图4是动态时，压陷滚动阻力应力分布图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例一输送带：选择带宽400mm，下覆盖层厚度为3mm，上覆盖层厚度为6mm的织物芯输送带，托辊直径为89mm，传动滚筒与改向滚筒的直径为800mm，支撑滚筒的直径为400mm。环境温度分别为-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃，输送带运行速度为1m/s。利用本专利技术所述的基于三元件Kelvin模型的压陷滚动阻力计算方法，计算上述输送带的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于三元件Kelvin模型的压陷滚动阻力计算方法，其特征在于，所述方法包括：/n⑴求出静态时，托辊与输送带下覆盖层之间接触区域的接触区域半弦长a

【技术特征摘要】
1.基于三元件Kelvin模型的压陷滚动阻力计算方法，其特征在于，所述方法包括：
⑴求出静态时，托辊与输送带下覆盖层之间接触区域的接触区域半弦长a0，



式中，P0为托辊与输送带下覆盖层之间接触区域的单位宽度垂直载荷，h为输送带下覆盖层厚度，R为托辊半径，
E0＝7.663T3-225.7T2-1.271×104T+8.966×105(3-2)
式中，T为环境温度；
⑵将a0值赋予动态时接触区域半弦长a，作为a初始值；
⑶将初始值代入公式(3-3)，在(-a，0)区间搜索满足边界条件σ(-b)＝0的b值



式中，v为带...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓霞，孟文俊，任鸿，孙晓霞，阴璇，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：发明
国别省市：山西;14