帶式運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)滾筒設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)綜述1.1傳動(dòng)滾筒的選擇及其傳動(dòng)理論傳動(dòng)滾筒根據(jù)其不同結(jié)構(gòu)能夠劃分為鋼制光面滾筒、包膠滾筒、陶瓷滾筒、電動(dòng)滾筒等。我們能把輸送帶視作理想化模型，將皮帶看作是一種可以任意撓曲，不受彎曲應(yīng)力作用的撓性體，同時(shí)忽視其本身重量所產(chǎn)生的力，如重力`G`和慣性作用力時(shí)，根據(jù)歐拉公式，緊邊張力和松邊張力有如下關(guān)系[4]：（1）上述公式表示了動(dòng)力傳輸?shù)年P(guān)系，也就是傳動(dòng)滾筒所傳遞的圓周驅(qū)動(dòng)力是：（2）式中μ代表輸送機(jī)皮帶與筒體間的摩擦系數(shù)；λ代表筒體與輸送帶有相對(duì)彈性的滑動(dòng)弧產(chǎn)生的圓心角，rad，λ<α；α代表圍包角。在圖1中，從繞出端到繞入端的張力按指數(shù)函數(shù)變化，因?yàn)檩斔蛶且环N彈性體，張力減小時(shí)，伸長也隨之縮減。圖1傳動(dòng)滾筒上輸送帶張力變化圖Fig.1Variationdiagramofconveyorbelttensiononthedrivingdrum故輸送帶在傳動(dòng)滾筒上由繞出端向繞入端方向進(jìn)行彈性滑動(dòng)。當(dāng)角度在C之時(shí)，輸送帶的張力已經(jīng)是，所以在γ角度區(qū)間輸送帶張力不上漲，也就不會(huì)產(chǎn)生彈性伸長的變化，輸送帶在滾筒上不做彈性滑動(dòng)。將有彈性滑動(dòng)時(shí)所對(duì)應(yīng)的弧段叫做利用弧，利用弧所對(duì)應(yīng)的圓心角叫做利用角，用λ代表，而將γ叫做備用角，其所對(duì)應(yīng)的弧段叫做備用弧[4]。因此，只有在利用弧內(nèi)形成摩擦力進(jìn)一步傳遞驅(qū)動(dòng)力。當(dāng)繞出端張力不改變之時(shí)，隨著所需要傳遞的驅(qū)動(dòng)力的上升中，利用角和繞入端的張力也隨之上升。利用角最大值可達(dá)到α，因此繞入端的最大張力必須達(dá)成。（3）所以，傳動(dòng)滾筒可能傳遞的最大驅(qū)動(dòng)力表達(dá)：（4）現(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)，利用弧不是單純性彈性滑動(dòng)，其實(shí)有著輸送帶和滾筒之間的滑——粘效應(yīng)（Slip-Stick效應(yīng)），即形成摩擦力的原因不但包括輸送帶和滾筒之間的彈性滑動(dòng)，還包括了輸送帶和滾筒之間的粘滯作用。這樣摩擦系數(shù)要超出單純滑動(dòng)的摩擦系數(shù)。當(dāng)運(yùn)行阻力時(shí)，傳動(dòng)滾筒的傳遞驅(qū)動(dòng)力的關(guān)系不再成立，這時(shí)候傳動(dòng)滾筒已沒有辦法傳遞超過的驅(qū)動(dòng)力。當(dāng)驅(qū)動(dòng)裝置提供驅(qū)動(dòng)力時(shí)，就會(huì)形成輸送帶在滾筒上打滑現(xiàn)象，也就是輸送帶無法運(yùn)轉(zhuǎn)，而傳動(dòng)滾筒還會(huì)因?yàn)轵?qū)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)。在打滑時(shí)，輸送帶和滾筒的摩擦力就會(huì)變成熱能，嚴(yán)重時(shí)會(huì)將輸送帶燒毀。為了防止事故的發(fā)生，在設(shè)計(jì)傳動(dòng)滾筒所能夠傳動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力要有備用。將備用系數(shù)確立成：（5）式中代表傳動(dòng)滾筒需要傳遞的驅(qū)動(dòng)力，N；代表傳動(dòng)滾筒可能要傳遞的最大驅(qū)動(dòng)力；`ξ`代表傳動(dòng)滾筒傳遞驅(qū)動(dòng)力的備用系數(shù)1.3~1.5不可忽視的是，此時(shí)的備用系數(shù)ξ并不是為達(dá)成摩擦傳動(dòng)備用系數(shù)，而是相對(duì)起制動(dòng)時(shí)動(dòng)載荷的備用系數(shù)所用的。符合摩擦系數(shù)傳動(dòng)的備用系數(shù)在選用摩擦系數(shù)時(shí)就會(huì)關(guān)注到。所以，當(dāng)圍包角和繞出端張力恒定時(shí)，傳動(dòng)滾筒傳遞的驅(qū)動(dòng)表達(dá)為：（6）當(dāng)圍包角和傳動(dòng)滾筒所需傳遞的驅(qū)動(dòng)力恒定時(shí)，繞出端的張力表達(dá)為：（7）所以，強(qiáng)化驅(qū)動(dòng)力能夠從三個(gè)方面下手：（1）提升拉緊力提升初張力能夠讓輸送帶在傳動(dòng)滾筒繞出端的張力上漲。通過增大拉緊力的方法會(huì)使輸送帶的最大張力提升，也有可能使驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)尺寸變大，進(jìn)一步提升設(shè)備的投資。另一方面，適當(dāng)提升拉緊力對(duì)輸送帶在較好的工況下工作是有益的。因此需要經(jīng)過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較來選取較恰當(dāng)?shù)睦o力。（2）提升圍包角當(dāng)輸送帶所需驅(qū)動(dòng)力較大時(shí)，提升圍包角能夠防止過大的拉緊力，提升圍包角的方法是添加增面滾筒或采用多滾筒傳動(dòng)，而且用多滾筒傳動(dòng)時(shí)，也能夠降低每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的單機(jī)容量。（3）提升摩擦系數(shù)其具體措施是在傳動(dòng)滾筒上覆蓋摩擦系數(shù)較大的材料，如橡膠、陶瓷、木襯等。1.2傳動(dòng)滾筒筒殼內(nèi)外表面的應(yīng)力傳動(dòng)滾筒的設(shè)計(jì)通常按照輸送帶張力和輸送量來確定滾筒直徑和輸送帶寬度（滾筒寬度），但筒體和接盤的受力及變形情況到現(xiàn)在也無權(quán)威的觀點(diǎn)。除了滾筒軸有較成熟的計(jì)算公式外，筒體厚度、接盤厚度的計(jì)算一般都通過經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行，筒殼、輻板的厚度都按照計(jì)算得來的軸承部位的軸徑進(jìn)行確定，所以假若在傳統(tǒng)計(jì)算方法的基礎(chǔ)上對(duì)傳動(dòng)滾筒各部位的結(jié)構(gòu)及受力進(jìn)行考校，對(duì)其基本結(jié)構(gòu)參數(shù)做出設(shè)計(jì)，對(duì)強(qiáng)化驅(qū)動(dòng)滾筒乃至帶式輸送機(jī)的使用壽命是非常有效的[5]。其受力分析示意圖如下圖2所示。圖2傳動(dòng)滾筒受力示意圖Fig.2Schematicdiagramofforceondrivingdrum傳動(dòng)滾筒是通過等厚度薄鋼板卷制而成，接頭處運(yùn)用焊接處理，傳動(dòng)滾筒在運(yùn)轉(zhuǎn)，筒殼禁止產(chǎn)生塑形變形，所以要把傳動(dòng)滾筒筒殼當(dāng)作彈性圓柱薄殼問題進(jìn)行求解。為了計(jì)算更加方便，筒殼的兩端能當(dāng)作間支[6]。而閉合的圓柱殼在間支邊界條件下，能獲取在外載荷作用下傳動(dòng)滾筒殼體內(nèi)應(yīng)力的計(jì)算式：縱向薄膜力、切向力、平錯(cuò)剪應(yīng)力S、縱向彎矩、切向彎矩、縱向扭矩。在上述不同內(nèi)力的作用下，傳動(dòng)滾筒筒殼內(nèi)表面及外表面上形成的應(yīng)力比同點(diǎn)殼體內(nèi)的應(yīng)力大。殼面上的應(yīng)力可根據(jù)下式計(jì)算：式中t代表筒殼的厚度，cm；代表筒殼的縱向應(yīng)力，pa；代表筒殼的切向應(yīng)力，pa；代表筒殼的剪應(yīng)力，pa式中