[发明专利]基于三元件Kelvin模型的压陷滚动阻力计算方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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

K_biR＝b₀+b₁×{1+tanh[b₂+b₃×(logV+aT_exp)]} (3)

上述各式中，ΔT_bin为输送带压陷所产生的阻力；K_biR为输送带覆盖层橡胶的黏弹性特性常数；P_jn为覆盖层压陷参数；E₀为橡胶刚度特性；D_r为托辊直径；h_b为输送带覆盖层的厚度；w_i为载荷分布系数；W_b为输送带单位长度重量；W_m为物料单位长度重量；L_n为输送机长度；BW为带宽；T_F为工作温度；a_n与b_n为系数。