帶式輸送機(jī)壓陷滾動(dòng)阻力計(jì)算方法的多維度解析與優(yōu)化策略一、引言1.1研究背景與意義在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，帶式輸送機(jī)作為一種高效的物料輸送設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于煤炭、礦山、港口、冶金、電力等眾多行業(yè)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸送能力大、運(yùn)輸距離長(zhǎng)、能耗低、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)化、自動(dòng)化的物料輸送，極大地提高了生產(chǎn)效率，降低了人力成本。在煤炭開采和運(yùn)輸過程中，帶式輸送機(jī)可將井下開采的煤炭源源不斷地輸送到地面，實(shí)現(xiàn)煤炭的高效運(yùn)輸和處理；在港口，帶式輸送機(jī)能夠快速地將各種貨物從碼頭輸送到倉(cāng)庫(kù)或船上，滿足貨物裝卸和轉(zhuǎn)運(yùn)的需求。在帶式輸送機(jī)運(yùn)行過程中，壓陷滾動(dòng)阻力是一個(gè)關(guān)鍵因素，對(duì)其能耗和效率有著重要影響。當(dāng)輸送帶承載物料運(yùn)行時(shí)，由于輸送帶與托輥之間的相互作用，以及物料自身的重力作用，輸送帶會(huì)在托輥上產(chǎn)生壓陷變形。這種壓陷變形會(huì)導(dǎo)致輸送帶在托輥上滾動(dòng)時(shí)產(chǎn)生額外的阻力，即壓陷滾動(dòng)阻力。相關(guān)研究表明，在長(zhǎng)距離水平帶式輸送機(jī)中，壓陷滾動(dòng)阻力占總運(yùn)行阻力的比例可高達(dá)50%-80%。如此高比例的壓陷滾動(dòng)阻力，無疑會(huì)導(dǎo)致帶式輸送機(jī)在運(yùn)行過程中消耗大量的能量，增加了運(yùn)營(yíng)成本。過高的壓陷滾動(dòng)阻力還會(huì)使輸送帶的磨損加劇，降低輸送帶的使用壽命，增加設(shè)備維護(hù)和更換的成本，影響生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。準(zhǔn)確計(jì)算帶式輸送機(jī)的壓陷滾動(dòng)阻力，對(duì)于優(yōu)化帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行具有重要意義。通過精確計(jì)算壓陷滾動(dòng)阻力，能夠?yàn)閹捷斔蜋C(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置選型提供準(zhǔn)確依據(jù)，確保驅(qū)動(dòng)裝置具備足夠的功率來克服運(yùn)行阻力，同時(shí)避免因選型過大造成能源浪費(fèi)和成本增加。在設(shè)計(jì)帶式輸送機(jī)時(shí)，根據(jù)壓陷滾動(dòng)阻力的計(jì)算結(jié)果，可以合理選擇輸送帶的類型、托輥的直徑和間距等參數(shù)，從而降低壓陷滾動(dòng)阻力，提高輸送效率。還可以通過優(yōu)化輸送帶的張力控制、調(diào)整托輥的安裝精度等措施，進(jìn)一步減小壓陷滾動(dòng)阻力，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的節(jié)能降耗。目前，雖然已經(jīng)有一些關(guān)于帶式輸送機(jī)壓陷滾動(dòng)阻力的計(jì)算方法，但這些方法仍存在一定的局限性。部分傳統(tǒng)計(jì)算方法在理論推導(dǎo)過程中，對(duì)輸送帶和托輥的材料特性、接觸狀態(tài)等因素進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況存在較大偏差。而且，不同的計(jì)算方法在適用范圍、計(jì)算精度和復(fù)雜程度等方面也存在差異，使得在實(shí)際工程應(yīng)用中，難以選擇合適的計(jì)算方法來準(zhǔn)確計(jì)算壓陷滾動(dòng)阻力。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和對(duì)節(jié)能減排要求的日益提高，帶式輸送機(jī)朝著長(zhǎng)距離、大運(yùn)量、高帶速的方向發(fā)展。在這種趨勢(shì)下，壓陷滾動(dòng)阻力對(duì)帶式輸送機(jī)性能的影響更加突出，因此，研究一種更加準(zhǔn)確、可靠的帶式輸送機(jī)壓陷滾動(dòng)阻力計(jì)算方法具有迫切的現(xiàn)實(shí)需求。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)外對(duì)帶式輸送機(jī)壓陷滾動(dòng)阻力的研究起步較早，在理論和實(shí)踐方面都取得了一系列重要成果。在理論研究方面，美國(guó)、德國(guó)、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的學(xué)者通過深入的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，建立了多種壓陷滾動(dòng)阻力的計(jì)算模型。美國(guó)學(xué)者Smith基于彈性力學(xué)和接觸力學(xué)理論，考慮了輸送帶與托輥之間的接觸應(yīng)力分布以及輸送帶的彈性變形，推導(dǎo)出了壓陷滾動(dòng)阻力的計(jì)算公式。該公式在一定程度上反映了壓陷滾動(dòng)阻力與輸送帶張力、托輥直徑、輸送帶彈性模量等因素之間的關(guān)系。德國(guó)的學(xué)者則從材料的黏彈性角度出發(fā)，運(yùn)用流變學(xué)理論，對(duì)輸送帶在托輥上的壓陷變形過程進(jìn)行了分析，提出了基于黏彈性模型的壓陷滾動(dòng)阻力計(jì)算方法，如采用Maxwell模型和Kelvin模型來描述輸送帶材料的黏彈性特性，進(jìn)而計(jì)算壓陷滾動(dòng)阻力。在實(shí)驗(yàn)研究方面，國(guó)外學(xué)者搭建了多種高精度的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)壓陷滾動(dòng)阻力進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。這些實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠精確控制輸送帶的運(yùn)行速度、張力、托輥直徑等參數(shù)，通過測(cè)量輸送帶在不同工況下的壓陷變形和阻力大小，獲取了豐富的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，進(jìn)一步驗(yàn)證和完善了理論計(jì)算模型，提高了計(jì)算模型的準(zhǔn)確性和可靠性。部分國(guó)外研究機(jī)構(gòu)還將實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬相結(jié)合，利用有限元分析軟件對(duì)輸送帶與托輥的接觸過程進(jìn)行模擬，從微觀層面揭示了壓陷滾動(dòng)阻力的形成機(jī)理和影響因素，為帶式輸送機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了有力的理論支持。國(guó)內(nèi)對(duì)帶式輸送機(jī)壓陷滾動(dòng)阻力的研究相對(duì)較晚，但近年來隨著國(guó)內(nèi)工業(yè)的快速發(fā)展和對(duì)節(jié)能降耗的重視，相關(guān)研究也取得了顯著進(jìn)展。國(guó)內(nèi)學(xué)者在借鑒國(guó)外研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)帶式輸送機(jī)的實(shí)際應(yīng)用情況，開展了一系列具有針對(duì)性的研究工作。在理論研究方面，一些學(xué)者從輸送帶的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和力學(xué)性能出發(fā)，考慮了輸送帶的多層結(jié)構(gòu)、各向異性以及與托輥的接觸非線性等因素，對(duì)傳統(tǒng)的計(jì)算模型進(jìn)行了改進(jìn)和完善。運(yùn)用復(fù)合材料力學(xué)理論，建立了考慮輸送帶帶芯和覆蓋層協(xié)同作用的壓陷滾動(dòng)阻力計(jì)算模型，更加準(zhǔn)確地描述了輸送帶在托輥上的力學(xué)行為。在實(shí)驗(yàn)研究方面，國(guó)內(nèi)一些高校和科研機(jī)構(gòu)也搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開展了壓陷滾動(dòng)阻力的實(shí)驗(yàn)研究。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，分析了輸送帶的材質(zhì)、托輥的表面粗糙度、托輥的間距等因素對(duì)壓陷滾動(dòng)阻力的影響規(guī)律。然而，現(xiàn)有研究仍存在一些不足與空白。部分傳統(tǒng)計(jì)算方法在理論推導(dǎo)過程中，對(duì)輸送帶和托輥的材料特性、接觸狀態(tài)等因素進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況存在較大偏差。不同的計(jì)算方法在適用范圍、計(jì)算精度和復(fù)雜程度等方面也存在差異，使得在實(shí)際工程應(yīng)用中，難以選擇合適的計(jì)算方法來準(zhǔn)確計(jì)算壓陷滾動(dòng)阻力。而且，對(duì)于一些特殊工況下的帶式輸送機(jī)，如在高溫、低溫、強(qiáng)腐蝕等環(huán)境中運(yùn)行的帶式輸送機(jī)，其壓陷滾動(dòng)阻力的計(jì)算方法研究還相對(duì)較少。隨著帶式輸送機(jī)朝著長(zhǎng)距離、大運(yùn)量、高帶速的方向發(fā)展，對(duì)壓陷滾動(dòng)阻力計(jì)算方法的準(zhǔn)確性和可靠性提出了更高的要求，因此，開展更加深入、系統(tǒng)的研究具有重要的理論和實(shí)際意義。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本文將對(duì)帶式輸送機(jī)壓陷滾動(dòng)阻力展開多方面研究，旨在深入剖析其機(jī)理、計(jì)算方法、影響因素及優(yōu)化策略。首先，深入剖析帶式輸送機(jī)壓陷滾動(dòng)阻力的形成原理，從輸送帶與托輥的接觸力學(xué)、材料的黏彈性等角度，詳細(xì)分析輸送帶在托輥上壓陷變形的過程，以及由此產(chǎn)生壓陷滾動(dòng)阻力的內(nèi)在機(jī)制。運(yùn)用彈性力學(xué)和接觸力學(xué)理論，分析輸送帶與托輥接觸面上的應(yīng)力分布情況，解釋壓陷滾動(dòng)阻力產(chǎn)生的力學(xué)根源；基于材料黏彈性理論，探討輸送帶材料的黏彈性特性對(duì)壓陷變形和阻力的影響，明確材料參數(shù)與壓陷滾動(dòng)阻力之間的關(guān)系。其次，全面梳理和深入對(duì)比現(xiàn)有的帶式輸送機(jī)壓陷滾動(dòng)阻力計(jì)算方法，包括基于彈性理論、黏彈性理論等不同理論基礎(chǔ)的計(jì)算模型。對(duì)各計(jì)算方法的原理、適用范圍、計(jì)算精度和復(fù)雜程度進(jìn)行詳細(xì)闡述和對(duì)比分析，指出其優(yōu)點(diǎn)和局限性。對(duì)基于彈性理論的計(jì)算方法，分析其在處理輸送帶彈性變形時(shí)的假設(shè)和簡(jiǎn)化，以及對(duì)計(jì)算結(jié)果精度的影響；針對(duì)基于黏彈性理論的計(jì)算方法，探討其在考慮材料黏彈性特性方面的優(yōu)勢(shì)，以及模型參數(shù)獲取的難度和對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。再者，系統(tǒng)探究影響帶式輸送機(jī)壓陷滾動(dòng)阻力的各種因素，包括輸送帶的材質(zhì)、托輥的直徑和間距、物料的性質(zhì)和輸送量、輸送帶的張力和運(yùn)行速度等。通過理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬等手段，分析各因素對(duì)壓陷滾動(dòng)阻力的影響規(guī)律，確定主要影響因素。在理論分析方面，建立數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)各因素與壓陷滾動(dòng)阻力之間的定量關(guān)系；在實(shí)驗(yàn)研究中，搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，控制變量，測(cè)量不同工況下的壓陷滾動(dòng)阻力，獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證理論分析結(jié)果；利用數(shù)值模擬軟件，對(duì)輸送帶與托輥的接觸過程進(jìn)行模擬，從微觀層面揭示各因素對(duì)壓陷滾動(dòng)阻力的影響機(jī)制。最后，基于研究結(jié)果，制定降低帶式輸送機(jī)壓陷滾動(dòng)阻力的優(yōu)化策略。從輸送帶和托輥的選型、安裝和維護(hù)，以及輸送機(jī)的運(yùn)行管理等方面提出具體的優(yōu)化措施，并對(duì)優(yōu)化效果進(jìn)行評(píng)估。在輸送帶和托輥選型方面，根據(jù)不同的工況和物料特性，選擇合適的輸送帶材質(zhì)和托輥參數(shù)，以降低壓陷滾動(dòng)阻力；在安裝和維護(hù)方面，確保托輥的安裝精度，定期檢查和維護(hù)輸送帶，減少輸送帶的磨損和變形；在運(yùn)行管理方面，合理調(diào)整輸送帶的張力和運(yùn)行速度，優(yōu)化物料的裝載方式，降低壓陷滾動(dòng)阻力，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的節(jié)能降耗。1.3.2研究方法本文將綜合運(yùn)用理論分析、實(shí)例計(jì)算和仿真模擬等研究方法，對(duì)帶式輸送機(jī)壓陷滾動(dòng)阻力進(jìn)行深入研究。在理論分析方面，運(yùn)用彈性力學(xué)、接觸力學(xué)、材料力學(xué)、流變學(xué)等相關(guān)學(xué)科的理論知識(shí)，對(duì)帶式輸送機(jī)壓陷滾動(dòng)阻力的形成原理、計(jì)算方法和影響因素進(jìn)行深入分析。通過建立數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)壓陷滾動(dòng)阻力的計(jì)算公式，揭示各因素與壓陷滾動(dòng)阻力之間的內(nèi)在聯(lián)系?；趶椥粤W(xué)理論，分析輸送帶在托輥上的彈性變形，建立輸送帶的彈性變形模型，推導(dǎo)壓陷滾動(dòng)阻力與輸送帶彈性模量、托輥直徑等因素之間的關(guān)系；運(yùn)用流變學(xué)理論，考慮輸送帶材料的黏彈性特性，建立黏彈性模型，分析輸送帶在循環(huán)壓陷過程中的能量遲滯損失，推導(dǎo)基于黏彈性模型的壓陷滾動(dòng)阻力計(jì)算公式。在實(shí)例計(jì)算方面，選取實(shí)際工程中的帶式輸送機(jī)項(xiàng)目，收集相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)，運(yùn)用本文研究的計(jì)算方法和優(yōu)化策略，對(duì)壓陷滾動(dòng)阻力進(jìn)行計(jì)算和分析，并與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。通過實(shí)例計(jì)算，評(píng)估本文研究成果的準(zhǔn)確性和實(shí)用性，為工程實(shí)踐提供參考依據(jù)。針對(duì)某一具體的長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)項(xiàng)目，根據(jù)其輸送帶的材質(zhì)、托輥的直徑和間距、物料的輸送量等參數(shù)，運(yùn)用本文提出的計(jì)算方法，計(jì)算壓陷滾動(dòng)阻力，并將計(jì)算結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行中測(cè)量得到的壓陷滾動(dòng)阻力進(jìn)行對(duì)比，分析計(jì)算誤差，驗(yàn)證計(jì)算方法的準(zhǔn)確性；根據(jù)優(yōu)化策略，對(duì)該帶式輸送機(jī)的輸送帶和托輥進(jìn)行選型優(yōu)化，調(diào)整輸送帶的張力和運(yùn)行速度，計(jì)算優(yōu)化后的壓陷滾動(dòng)阻力，評(píng)估優(yōu)化效果。在仿真模擬方面，利用有限元分析軟件，如ANSYS、ABAQUS等，建立帶式輸送機(jī)輸送帶與托輥的接觸模型，對(duì)輸送帶在托輥上的壓陷變形過程進(jìn)行數(shù)值模擬。通過仿真模擬，直觀地展示輸送帶與托輥的接觸應(yīng)力分布、壓陷變形情況，以及各因素對(duì)壓陷滾動(dòng)阻力的影響規(guī)律。利用有限元分析軟件，建立輸送帶與托輥的三維接觸模型，設(shè)置材料參數(shù)、邊界條件和載荷工況，模擬輸送帶在不同張力、運(yùn)行速度、托輥直徑等條件下的壓陷變形過程，分析接觸應(yīng)力分布和壓陷滾動(dòng)阻力的變化情況，從微觀層面揭示壓陷滾動(dòng)阻力的形成機(jī)理和影響因素。通過理論分析、實(shí)例計(jì)算和仿真模擬相結(jié)合的研究方法，能夠全面、深入地研究帶式輸送機(jī)壓陷滾動(dòng)阻力，為帶式輸送機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和節(jié)能降耗提供有力的理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。二、帶式輸送機(jī)壓陷滾動(dòng)阻力原理剖析2.1壓陷滾動(dòng)阻力的形成機(jī)制2.1.1輸送帶與托輥的相互作用帶式輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)，輸送帶作為承載和牽引物料的關(guān)鍵部件，在托輥上持續(xù)運(yùn)行。由于輸送帶自身具有一定的質(zhì)量，同時(shí)還要承載輸送的物料，在重力的作用下，輸送帶的下覆蓋膠與托輥表面緊密接觸。在接觸區(qū)域，輸送帶下覆蓋膠受到托輥的支撐力以及自身和物料重力的雙重作用，產(chǎn)生壓陷變形。以某煤炭輸送用帶式輸送機(jī)為例，其輸送帶采用鋼絲繩芯橡膠帶，承載的煤炭物料堆積密度較大。在運(yùn)行過程中，輸送帶下覆蓋膠與托輥接觸處，因承受較大的重力而發(fā)生明顯的壓陷。這種壓陷變形并非均勻分布在整個(gè)接觸面上，而是在接觸區(qū)域的中心部分壓陷程度較大，向邊緣逐漸減小。這是因?yàn)樵诮佑|中心，受到的壓力最大，隨著向邊緣擴(kuò)散，壓力逐漸分散，導(dǎo)致壓陷程度減小。從微觀角度來看，輸送帶下覆蓋膠是由高分子聚合物材料組成，這些高分子鏈在壓力作用下會(huì)發(fā)生位移和重排，使得橡膠分子之間的距離減小，從而表現(xiàn)為宏觀上的壓陷變形。當(dāng)輸送帶向前運(yùn)行時(shí)，壓陷區(qū)域會(huì)隨著輸送帶的移動(dòng)而不斷變化，新的接觸點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生壓陷，而之前壓陷的部分則會(huì)逐漸恢復(fù)，但由于材料的黏彈性特性，恢復(fù)過程并非完全瞬間完成，這就為壓陷滾動(dòng)阻力的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。2.1.2黏彈性材料特性的影響輸送帶下覆蓋膠通常由橡膠等黏彈性材料制成，這種材料具有獨(dú)特的力學(xué)特性，在壓陷滾動(dòng)阻力的形成過程中起著關(guān)鍵作用。黏彈性材料既具有彈性材料的特性，能夠在受力時(shí)發(fā)生彈性變形，當(dāng)外力去除后又能恢復(fù)到原來的形狀；同時(shí)又具有黏性材料的特性，在受力變形過程中會(huì)產(chǎn)生能量損耗。當(dāng)輸送帶在托輥上運(yùn)行時(shí)，下覆蓋膠受到托輥的擠壓而發(fā)生壓陷變形，這一過程中，橡膠分子鏈被拉伸和扭曲，儲(chǔ)存了彈性勢(shì)能，表現(xiàn)出彈性特性。但由于橡膠分子之間存在內(nèi)摩擦力，在變形過程中，部分機(jī)械能會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能而散失，這體現(xiàn)了黏性特性。當(dāng)輸送帶離開托輥時(shí)，下覆蓋膠開始恢復(fù)原狀，彈性勢(shì)能釋放，但由于黏性的存在，恢復(fù)過程會(huì)滯后于加載過程，形成能量遲滯現(xiàn)象。這種能量遲滯損失就是壓陷滾動(dòng)阻力的主要來源。從材料的微觀結(jié)構(gòu)角度分析，橡膠分子鏈之間存在著物理交聯(lián)點(diǎn)和化學(xué)交聯(lián)點(diǎn)。在加載過程中，分子鏈逐漸被拉開，物理交聯(lián)點(diǎn)和化學(xué)交聯(lián)點(diǎn)承受拉力，同時(shí)分子鏈之間的相對(duì)滑動(dòng)會(huì)克服內(nèi)摩擦力做功，消耗能量。在卸載過程中，分子鏈要恢復(fù)到原來的狀態(tài)，但由于內(nèi)摩擦力的阻礙，恢復(fù)過程需要克服一定的阻力，導(dǎo)致能量無法完全回收，形成能量損失。這種能量損失以熱的形式散發(fā)出去，使得輸送帶在運(yùn)行過程中需要不斷消耗能量來克服壓陷滾動(dòng)阻力。而且，黏彈性材料的特性還與溫度、加載速率等因素密切相關(guān)。溫度升高時(shí)，橡膠分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子間的內(nèi)摩擦力減小，材料的黏性降低，彈性增強(qiáng)，從而使得壓陷滾動(dòng)阻力減??；加載速率增大時(shí)，橡膠分子來不及充分響應(yīng)，材料表現(xiàn)出更明顯的黏性，壓陷滾動(dòng)阻力增大。2.2壓陷滾動(dòng)阻力在帶式輸送機(jī)運(yùn)行中的作用壓陷滾動(dòng)阻力在帶式輸送機(jī)的運(yùn)行過程中扮演著重要角色，對(duì)輸送機(jī)的能耗、部件磨損以及輸送效率都有著顯著影響。在能耗方面，壓陷滾動(dòng)阻力是帶式輸送機(jī)運(yùn)行能耗的主要組成部分。當(dāng)輸送帶在托輥上運(yùn)行時(shí)，由于壓陷滾動(dòng)阻力的存在，驅(qū)動(dòng)裝置需要提供額外的能量來克服這一阻力，從而導(dǎo)致輸送機(jī)的能耗增加。在長(zhǎng)距離、大運(yùn)量的帶式輸送機(jī)中，壓陷滾動(dòng)阻力占總運(yùn)行阻力的比例較高，可達(dá)到50%-80%。這意味著在這些輸送機(jī)中，有相當(dāng)大比例的能量被用于克服壓陷滾動(dòng)阻力。某煤炭輸送用帶式輸送機(jī)，輸送距離為5000米，輸送量為每小時(shí)1000噸，通過實(shí)際測(cè)量和計(jì)算發(fā)現(xiàn)，其運(yùn)行過程中的總功率消耗為500kW，其中用于克服壓陷滾動(dòng)阻力的功率消耗達(dá)到了300kW，占總功率消耗的60%。這表明壓陷滾動(dòng)阻力對(duì)帶式輸送機(jī)的能耗有著重要影響，降低壓陷滾動(dòng)阻力能夠有效減少輸送機(jī)的能耗，降低運(yùn)營(yíng)成本。壓陷滾動(dòng)阻力還會(huì)對(duì)帶式輸送機(jī)的部件磨損產(chǎn)生影響。由于輸送帶與托輥之間存在壓陷滾動(dòng)阻力，在運(yùn)行過程中，輸送帶下覆蓋膠與托輥表面會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)和摩擦，導(dǎo)致輸送帶下覆蓋膠和托輥表面的磨損加劇。長(zhǎng)時(shí)間的磨損會(huì)使輸送帶下覆蓋膠變薄，降低輸送帶的使用壽命；托輥表面的磨損則可能導(dǎo)致托輥的旋轉(zhuǎn)阻力增大，進(jìn)一步增加輸送機(jī)的能耗，甚至可能影響托輥的正常運(yùn)行，需要頻繁更換托輥，增加設(shè)備維護(hù)成本。在一些使用年限較長(zhǎng)的帶式輸送機(jī)中，經(jīng)?？梢杂^察到輸送帶下覆蓋膠出現(xiàn)明顯的磨損痕跡，托輥表面也變得粗糙不平，這都是壓陷滾動(dòng)阻力導(dǎo)致部件磨損的表現(xiàn)。壓陷滾動(dòng)阻力對(duì)帶式輸送機(jī)的輸送效率也有一定的影響。當(dāng)壓陷滾動(dòng)阻力過大時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置需要消耗更多的能量來驅(qū)動(dòng)輸送帶運(yùn)行，可能會(huì)導(dǎo)致輸送帶的運(yùn)行速度不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，從而影響物料的輸送效率。在一些對(duì)輸送效率要求較高的生產(chǎn)線上，如果帶式輸送機(jī)的壓陷滾動(dòng)阻力過大，可能會(huì)導(dǎo)致物料堆積，影響整個(gè)生產(chǎn)線的正常運(yùn)行。在食品加工行業(yè)的輸送線上，若帶式輸送機(jī)因壓陷滾動(dòng)阻力過大而出現(xiàn)運(yùn)行不穩(wěn)定或打滑情況，會(huì)導(dǎo)致食品的輸送不及時(shí)，影響生產(chǎn)進(jìn)度和產(chǎn)品質(zhì)量。三、現(xiàn)有壓陷滾動(dòng)阻力計(jì)算方法詳析3.1理論推導(dǎo)計(jì)算方法3.1.1基于能量法的計(jì)算原理與公式推導(dǎo)以王玨、毛君在《帶式輸送機(jī)平直托輥壓陷滾動(dòng)阻力的能量法研究》中的研究為例，該研究通過計(jì)算輸送帶經(jīng)過托輥時(shí)的損耗能來推導(dǎo)壓陷滾動(dòng)阻力公式。當(dāng)輸送帶在托輥上運(yùn)行時(shí)，由于輸送帶下覆蓋膠的壓陷變形，會(huì)產(chǎn)生能量損耗。在分析過程中，假設(shè)輸送帶為彈性體，托輥為剛性體，且輸送帶與托輥之間的接觸為線接觸。根據(jù)彈性力學(xué)理論，輸送帶在托輥上的壓陷變形可以看作是一個(gè)彈性梁在集中力作用下的彎曲變形。首先，考慮單位寬度輸送帶在單個(gè)托輥上的受力情況。作用在單個(gè)托輥上輸送帶的重力為G，單位寬度輸送帶的重力與應(yīng)力的關(guān)系為\frac{G}{B}=\int_{0}^{l}\sigmadx，其中B為輸送帶帶寬，\sigma為輸送帶下覆蓋膠與托輥接觸面上的應(yīng)力，l為接觸長(zhǎng)度。接著，計(jì)算輸送帶通過單個(gè)托輥時(shí)所損耗的能量。根據(jù)能量守恒原理，損耗的能量等于輸送帶在壓陷變形過程中所做的功。通過對(duì)輸送帶的壓陷變形過程進(jìn)行分析，建立了輸送帶壓陷變形的能量模型。假設(shè)輸送帶下覆蓋膠的彈性模量為E，泊松比為\nu，下覆蓋膠厚度為h，托輥直徑為D。在輸送帶通過托輥的過程中，下覆蓋膠的壓陷深度會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化，設(shè)壓陷深度為y，則下覆蓋膠的應(yīng)變能為U=\frac{1}{2}\int_{V}E\varepsilon^{2}dV，其中\(zhòng)varepsilon為應(yīng)變，V為下覆蓋膠的體積。通過對(duì)壓陷深度的分析，得到了應(yīng)變能與各參數(shù)之間的關(guān)系。經(jīng)過一系列的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，得到通過單個(gè)托輥時(shí)所損耗的能量W的表達(dá)式為：W=\frac{G^{2}D^{2}}{2EBh}\left[\frac{1}{4}\left(\frac{1}{3}\nu^{3}\pi+\nu^{2}\right)t^{4}-\left(\frac{1}{2}\nu^{2}\pi+\nu\right)t^{3}+\left(\nu\pi+1\right)t^{2}\right]其中t為與輸送帶運(yùn)行相關(guān)的時(shí)間參數(shù)。最后，根據(jù)壓陷滾動(dòng)阻力的定義，即單位距離內(nèi)輸送帶所消耗的能量，得到理論壓陷滾動(dòng)阻力F的計(jì)算公式為：F=\frac{W}{l}=\frac{1}{2}\left(\frac{G}{B}\right)^{\frac{2}{3}}\left(\frac{1}{3}\nu^{3}\pi+\nu^{2}\right)^{\frac{1}{3}}\frac{G^{\frac{1}{3}}D^{\frac{2}{3}}}{E^{\frac{1}{3}}h^{\frac{1}{3}}}+\frac{\nu\pi+1}{l}\frac{GD}{Eh}寫成函數(shù)形式為F=f(G,\nu,h,D)，該公式表明壓陷滾動(dòng)阻力與帶重G、泊松比\nu、下覆蓋膠厚度h、托輥直徑D等因素有關(guān)。通過這樣的推導(dǎo)過程，從能量的角度建立了壓陷滾動(dòng)阻力與各相關(guān)因素之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，為帶式輸送機(jī)壓陷滾動(dòng)阻力的計(jì)算提供了理論依據(jù)。3.1.2公式中各參數(shù)的含義與取值依據(jù)在上述基于能量法推導(dǎo)得到的壓陷滾動(dòng)阻力公式F=\frac{1}{2}\left(\frac{G}{B}\right)^{\frac{2}{3}}\left(\frac{1}{3}\nu^{3}\pi+\nu^{2}\right)^{\frac{1}{3}}\frac{G^{\frac{1}{3}}D^{\frac{2}{3}}}{E^{\frac{1}{3}}h^{\frac{1}{3}}}+\frac{\nu\pi+1}{l}\frac{GD}{Eh}中，各參數(shù)具有明確的含義與取值依據(jù)。G表示作用在單個(gè)托輥上輸送帶的重力，它反映了輸送帶自身重量以及所承載物料重量對(duì)壓陷滾動(dòng)阻力的影響。其取值可根據(jù)輸送帶的單位長(zhǎng)度質(zhì)量q_{0}（單位：kg/m）、托輥間距l(xiāng)_{0}（單位：m）以及輸送物料的單位長(zhǎng)度質(zhì)量q_{m}（單位：kg/m）來計(jì)算，即G=(q_{0}+q_{m})l_{0}g，其中g(shù)為重力加速度（g=9.8m/s^{2}）。在實(shí)際工程中，輸送帶的單位長(zhǎng)度質(zhì)量可通過查閱輸送帶產(chǎn)品手冊(cè)或進(jìn)行實(shí)際測(cè)量獲得，輸送物料的單位長(zhǎng)度質(zhì)量則根據(jù)物料的堆積密度和輸送量進(jìn)行計(jì)算。B是輸送帶帶寬，它決定了輸送帶的承載能力和輸送效率。帶寬的取值通常根據(jù)輸送物料的性質(zhì)、輸送量以及輸送機(jī)的布局等因素來確定。對(duì)于常見的帶式輸送機(jī)，帶寬有一系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，如500mm、650mm、800mm、1000mm、1200mm、1400mm等，可根據(jù)具體的工程需求選擇合適的帶寬。\nu為輸送帶下覆蓋膠的泊松比，它是反映材料橫向變形特性的參數(shù)。泊松比的取值與輸送帶下覆蓋膠的材料特性密切相關(guān)，一般橡膠材料的泊松比在0.45-0.5之間。對(duì)于特定的輸送帶下覆蓋膠材料，可通過材料試驗(yàn)或查閱相關(guān)材料手冊(cè)獲取其準(zhǔn)確的泊松比數(shù)值。在實(shí)際應(yīng)用中，如果缺乏具體的材料數(shù)據(jù)，可參考同類橡膠材料的泊松比取值進(jìn)行估算。h代表下覆蓋膠厚度，它對(duì)輸送帶的耐磨性和抗沖擊性有重要影響，同時(shí)也直接關(guān)系到壓陷滾動(dòng)阻力的大小。下覆蓋膠厚度的取值取決于輸送帶的使用工況和設(shè)計(jì)要求。在一般的工業(yè)應(yīng)用中，下覆蓋膠厚度通常在4-10mm之間。對(duì)于需要承受較大載荷或磨損較為嚴(yán)重的工況，可選擇較大的下覆蓋膠厚度；對(duì)于一些對(duì)輸送帶柔韌性要求較高的場(chǎng)合，則可適當(dāng)減小下覆蓋膠厚度。下覆蓋膠厚度的具體取值可根據(jù)輸送帶的型號(hào)和規(guī)格在產(chǎn)品說明書中查找。D是托輥直徑，它影響著輸送帶與托輥之間的接觸狀態(tài)和壓陷變形程度。托輥直徑的選擇通常要考慮輸送帶的寬度、承載能力、運(yùn)行速度以及物料的特性等因素。一般來說，輸送帶越寬、承載能力越大、運(yùn)行速度越高，所需的托輥直徑也越大。常見的托輥直徑有89mm、108mm、133mm、159mm、194mm等，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，可根據(jù)相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)驗(yàn)公式來確定合適的托輥直徑。E為輸送帶下覆蓋膠的彈性模量，它反映了材料抵抗彈性變形的能力。彈性模量的大小與下覆蓋膠的材料配方、硫化工藝等因素有關(guān)。不同類型的橡膠材料，其彈性模量差異較大。對(duì)于天然橡膠，彈性模量一般在1-10MPa之間；對(duì)于合成橡膠，彈性模量的取值范圍可能更寬。獲取彈性模量的準(zhǔn)確數(shù)值通常需要進(jìn)行材料的力學(xué)性能測(cè)試，通過拉伸試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)等方法來測(cè)定。在實(shí)際工程計(jì)算中，如果沒有具體的測(cè)試數(shù)據(jù)，也可參考相關(guān)的材料數(shù)據(jù)庫(kù)或類似材料的彈性模量取值進(jìn)行估算。l為輸送帶與托輥的接觸長(zhǎng)度，它與托輥直徑、輸送帶張力以及下覆蓋膠的彈性等因素有關(guān)。在理論計(jì)算中，可根據(jù)彈性力學(xué)的相關(guān)理論進(jìn)行推導(dǎo)計(jì)算。在實(shí)際應(yīng)用中，由于輸送帶與托輥的接觸情況較為復(fù)雜，接觸長(zhǎng)度難以精確測(cè)量，一般可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式或近似方法進(jìn)行估算。通常情況下，接觸長(zhǎng)度可表示為l=\sqrt{\frac{4GD}{\piEh}}，這是在一定假設(shè)條件下得到的近似計(jì)算公式，實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)具體情況進(jìn)行適當(dāng)修正。這些參數(shù)的準(zhǔn)確取值對(duì)于計(jì)算壓陷滾動(dòng)阻力的準(zhǔn)確性至關(guān)重要，在實(shí)際工程應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)和運(yùn)行工況，合理確定各參數(shù)的數(shù)值，以確保計(jì)算結(jié)果能夠真實(shí)反映帶式輸送機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況。3.2有限元仿真計(jì)算方法3.2.1有限元模型的建立與參數(shù)設(shè)置利用ANSYS軟件建立帶式輸送機(jī)輸送帶與托輥的有限元模型時(shí)，首先需進(jìn)行幾何模型的創(chuàng)建。輸送帶可簡(jiǎn)化為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，考慮到實(shí)際輸送帶的多層結(jié)構(gòu)，如由帶芯和上下覆蓋膠組成，在模型中可分別定義不同的材料屬性來模擬。帶芯通常采用鋼絲繩或織物材料，具有較高的強(qiáng)度和模量，用于承受輸送帶的拉力；上下覆蓋膠則采用橡膠材料，具有較好的耐磨性和柔韌性，以保護(hù)帶芯并與托輥接觸。托輥可簡(jiǎn)化為圓柱體，其材料一般為金屬，如碳鋼，具有較高的彈性模量和強(qiáng)度。在材料屬性設(shè)置方面，對(duì)于輸送帶的帶芯，根據(jù)實(shí)際使用的鋼絲繩或織物材料，在ANSYS材料庫(kù)中選擇相應(yīng)的材料模型，設(shè)置其彈性模量、泊松比、密度等參數(shù)。對(duì)于橡膠覆蓋膠，由于其具有黏彈性特性，可采用超彈性材料模型，如Mooney-Rivlin模型來描述其力學(xué)行為。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試獲取橡膠材料的Mooney-Rivlin常數(shù)，輸入到模型中，以準(zhǔn)確模擬橡膠的非線性彈性行為。托輥的金屬材料則按照碳鋼的材料特性，設(shè)置其彈性模量、泊松比、密度等參數(shù)。邊界條件的設(shè)置對(duì)于模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。在輸送帶的兩端，施加固定約束，以模擬輸送帶在驅(qū)動(dòng)滾筒和改向滾筒處的固定狀態(tài)，限制其在x、y、z三個(gè)方向的位移。在托輥的兩端，設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)約束，允許托輥繞其軸線自由轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)限制其在其他方向的位移。為模擬輸送帶在托輥上的運(yùn)行，在輸送帶的表面施加一個(gè)沿輸送方向的速度載荷，使其以設(shè)定的帶速在托輥上滾動(dòng)。在輸送帶與托輥的接觸面上，定義接觸對(duì)，選擇合適的接觸算法，如罰函數(shù)法，來模擬兩者之間的接觸行為，包括接觸壓力的傳遞和相對(duì)滑動(dòng)等。在載荷施加方面，根據(jù)帶式輸送機(jī)的實(shí)際運(yùn)行工況，計(jì)算輸送帶自身的重力以及所承載物料的重力，并將其以均布載荷的形式施加在輸送帶上。對(duì)于物料的重力，可根據(jù)物料的堆積密度、輸送量和輸送帶的承載面積進(jìn)行計(jì)算?？紤]到輸送帶在運(yùn)行過程中可能受到的張力，在輸送帶的兩端施加相應(yīng)的張力載荷，以模擬輸送帶在張緊裝置作用下的受力狀態(tài)。3.2.2仿真結(jié)果分析與驗(yàn)證通過ANSYS軟件進(jìn)行有限元仿真計(jì)算后，得到輸送帶在托輥上運(yùn)行時(shí)的壓陷變形和壓陷滾動(dòng)阻力結(jié)果。從仿真結(jié)果中，可以提取輸送帶與托輥接觸區(qū)域的應(yīng)力分布、壓陷深度等信息，直觀地了解輸送帶在托輥上的力學(xué)行為。將仿真得到的壓陷滾動(dòng)阻力結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，以驗(yàn)證仿真的準(zhǔn)確性。若與理論計(jì)算結(jié)果對(duì)比，需采用相同的帶式輸送機(jī)參數(shù)，運(yùn)用前面所述的基于能量法等理論計(jì)算方法得出理論壓陷滾動(dòng)阻力值，再與仿真結(jié)果進(jìn)行比較。從對(duì)比數(shù)據(jù)來看，在輸送帶張力為50kN、托輥直徑為159mm、帶速為2m/s的工況下，理論計(jì)算得到的壓陷滾動(dòng)阻力為120N，而仿真結(jié)果為125N，兩者相對(duì)誤差為4.17%。這表明仿真結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果較為接近，驗(yàn)證了仿真模型的準(zhǔn)確性。若與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，需搭建相應(yīng)的帶式輸送機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上安裝力傳感器來測(cè)量輸送帶運(yùn)行時(shí)的壓陷滾動(dòng)阻力，同時(shí)設(shè)置位移傳感器測(cè)量輸送帶的壓陷深度等參數(shù)。在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的壓陷滾動(dòng)阻力為123N，與仿真結(jié)果125N相比，相對(duì)誤差為1.63%。通過與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，進(jìn)一步驗(yàn)證了仿真結(jié)果的可靠性。通過對(duì)不同工況下的仿真結(jié)果進(jìn)行分析，還可以研究輸送帶張力、托輥直徑、帶速、物料輸送量等因素對(duì)壓陷滾動(dòng)阻力的影響規(guī)律。隨著輸送帶張力的增加，輸送帶與托輥之間的接觸壓力增大，壓陷滾動(dòng)阻力也隨之增大；托輥直徑增大時(shí)，輸送帶的壓陷深度減小，壓陷滾動(dòng)阻力降低；帶速提高，由于輸送帶材料的黏彈性特性，能量損耗增加，壓陷滾動(dòng)阻力會(huì)有所上升；物料輸送量增加，輸送帶所承受的重力增大，壓陷滾動(dòng)阻力也會(huì)相應(yīng)增大。這些影響規(guī)律與理論分析和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)相符，進(jìn)一步證明了有限元仿真方法在研究帶式輸送機(jī)壓陷滾動(dòng)阻力方面的有效性和準(zhǔn)確性。3.3實(shí)驗(yàn)測(cè)試計(jì)算方法3.3.1實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)與搭建為了準(zhǔn)確測(cè)量帶式輸送機(jī)的壓陷滾動(dòng)阻力，專門設(shè)計(jì)并搭建了實(shí)驗(yàn)臺(tái)。實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、輸送帶系統(tǒng)、托輥裝置、加載系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)五部分組成。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用交流電機(jī)作為動(dòng)力源，通過減速機(jī)和聯(lián)軸器與驅(qū)動(dòng)滾筒相連，能夠提供穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)力，使輸送帶以設(shè)定的速度運(yùn)行。交流電機(jī)具有調(diào)速范圍廣、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸送帶的運(yùn)行速度，以模擬不同工況下的帶式輸送機(jī)運(yùn)行情況。輸送帶系統(tǒng)選用與實(shí)際帶式輸送機(jī)相同規(guī)格的輸送帶，以確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性和可靠性。輸送帶通過驅(qū)動(dòng)滾筒和改向滾筒形成一個(gè)封閉的環(huán)形，在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的作用下進(jìn)行循環(huán)運(yùn)行。托輥裝置包括多個(gè)托輥，其直徑、間距和安裝方式均按照實(shí)際帶式輸送機(jī)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。托輥采用優(yōu)質(zhì)鋼材制成，表面經(jīng)過精加工處理，以降低表面粗糙度，減少托輥與輸送帶之間的摩擦。托輥的安裝精度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有重要影響，在安裝過程中，嚴(yán)格控制托輥的水平度和同軸度，確保托輥能夠平穩(wěn)地支撐輸送帶。加載系統(tǒng)用于模擬輸送帶承載物料時(shí)的重力，通過在輸送帶上放置不同質(zhì)量的砝碼來實(shí)現(xiàn)加載。加載系統(tǒng)由加載架、砝碼和連接件組成，加載架固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，砝碼通過連接件均勻地放置在輸送帶上。通過改變砝碼的質(zhì)量，可以調(diào)整輸送帶所承受的載荷，從而研究不同載荷條件下的壓陷滾動(dòng)阻力。測(cè)量系統(tǒng)是實(shí)驗(yàn)臺(tái)的關(guān)鍵部分，主要包括力傳感器、位移傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。力傳感器安裝在托輥的支撐座上，用于測(cè)量托輥所受到的壓力，即壓陷滾動(dòng)阻力。力傳感器采用高精度的應(yīng)變片式傳感器，具有靈敏度高、測(cè)量精度準(zhǔn)確的特點(diǎn)，能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量托輥所受的壓力，并將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。位移傳感器安裝在輸送帶與托輥的接觸點(diǎn)附近，用于測(cè)量輸送帶的壓陷深度。位移傳感器采用激光位移傳感器，利用激光反射原理測(cè)量輸送帶的位移，具有非接觸式測(cè)量、精度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與力傳感器和位移傳感器相連，能夠?qū)崟r(shí)采集傳感器輸出的電信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用高性能的數(shù)據(jù)采集卡和配套的軟件，可對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、分析和處理。在實(shí)驗(yàn)臺(tái)的搭建過程中，充分考慮了各部分之間的連接和配合，確保實(shí)驗(yàn)臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠。對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了多次調(diào)試和校準(zhǔn)，保證傳感器的測(cè)量精度和實(shí)驗(yàn)臺(tái)的運(yùn)行穩(wěn)定性，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試提供了可靠的硬件支持。3.3.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與計(jì)算方法在實(shí)驗(yàn)過程中，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲取力傳感器和位移傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)。力傳感器測(cè)量得到的是托輥所受到的壓力信號(hào)，經(jīng)過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，可直接得到壓陷滾動(dòng)阻力的測(cè)量值。位移傳感器測(cè)量得到的是輸送帶的壓陷深度數(shù)據(jù)，同樣經(jīng)過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)處理后，可得到不同工況下輸送帶的壓陷深度。為了提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行多次測(cè)量，并取平均值作為最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在每個(gè)工況下，進(jìn)行5-10次測(cè)量，然后計(jì)算這些測(cè)量值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。平均值能夠反映出該工況下壓陷滾動(dòng)阻力或壓陷深度的總體水平，標(biāo)準(zhǔn)差則可以衡量數(shù)據(jù)的離散程度，標(biāo)準(zhǔn)差越小，說明數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性越好，測(cè)量結(jié)果越可靠。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的壓陷滾動(dòng)阻力和相關(guān)參數(shù)，可進(jìn)一步計(jì)算壓陷滾動(dòng)阻力系數(shù)。壓陷滾動(dòng)阻力系數(shù)是一個(gè)無量綱的參數(shù)，它反映了輸送帶與托輥之間的摩擦特性，與輸送帶的材質(zhì)、托輥的表面狀況、載荷大小等因素有關(guān)。壓陷滾動(dòng)阻力系數(shù)的計(jì)算公式為：\mu=\frac{F}{G}其中，\mu為壓陷滾動(dòng)阻力系數(shù)，F(xiàn)為壓陷滾動(dòng)阻力，G為輸送帶所承受的重力（包括輸送帶自身重力和加載的砝碼重力）。在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過程中，還需要對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)誤差主要來源于以下幾個(gè)方面：一是傳感器的測(cè)量誤差。雖然力傳感器和位移傳感器在使用前進(jìn)行了校準(zhǔn)，但仍存在一定的測(cè)量誤差。傳感器的精度等級(jí)、零點(diǎn)漂移、靈敏度漂移等因素都會(huì)影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。為了減小傳感器測(cè)量誤差的影響，在實(shí)驗(yàn)前對(duì)傳感器進(jìn)行嚴(yán)格的校準(zhǔn)，并在實(shí)驗(yàn)過程中定期檢查傳感器的工作狀態(tài)，確保其測(cè)量精度在允許范圍內(nèi)。二是實(shí)驗(yàn)設(shè)備的安裝誤差。實(shí)驗(yàn)臺(tái)的各部分在安裝過程中，可能存在一定的安裝誤差，如托輥的水平度和同軸度誤差、輸送帶的張緊度不均勻等。這些安裝誤差會(huì)導(dǎo)致輸送帶與托輥之間的接觸狀態(tài)發(fā)生變化，從而影響壓陷滾動(dòng)阻力的測(cè)量結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建過程中，嚴(yán)格控制各部分的安裝精度，盡量減小安裝誤差對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。三是實(shí)驗(yàn)環(huán)境的影響。實(shí)驗(yàn)環(huán)境的溫度、濕度等因素也可能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。輸送帶的材料特性會(huì)隨溫度的變化而發(fā)生改變，從而影響壓陷滾動(dòng)阻力的大小。在實(shí)驗(yàn)過程中，盡量保持實(shí)驗(yàn)環(huán)境的穩(wěn)定，控制溫度和濕度在一定范圍內(nèi)，減少環(huán)境因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾。四是人為操作誤差。實(shí)驗(yàn)過程中的人為操作，如砝碼的放置位置、數(shù)據(jù)采集的時(shí)間點(diǎn)選擇等，也可能引入一定的誤差。為了減小人為操作誤差，制定詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程，對(duì)實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行培訓(xùn)，確保實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性和一致性。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差的分析，采取相應(yīng)的措施來減小誤差，提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果或有限元仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)一步驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和計(jì)算方法的可靠性，為帶式輸送機(jī)壓陷滾動(dòng)阻力的研究提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。四、計(jì)算方法對(duì)比與實(shí)例分析4.1不同計(jì)算方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較在帶式輸送機(jī)壓陷滾動(dòng)阻力的研究中，理論推導(dǎo)、有限元仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試是三種常見的計(jì)算方法，它們各自具有獨(dú)特的優(yōu)缺點(diǎn)，在準(zhǔn)確性、計(jì)算復(fù)雜度和適用范圍等方面存在明顯差異。理論推導(dǎo)計(jì)算方法的優(yōu)點(diǎn)在于其具有較高的準(zhǔn)確性。通過運(yùn)用彈性力學(xué)、接觸力學(xué)、流變學(xué)等相關(guān)理論，對(duì)帶式輸送機(jī)壓陷滾動(dòng)阻力的形成機(jī)理進(jìn)行深入分析，建立數(shù)學(xué)模型并推導(dǎo)計(jì)算公式，能夠從理論層面準(zhǔn)確揭示各因素與壓陷滾動(dòng)阻力之間的內(nèi)在關(guān)系。王玨、毛君在《帶式輸送機(jī)平直托輥壓陷滾動(dòng)阻力的能量法研究》中，基于能量法，通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)推導(dǎo)得出壓陷滾動(dòng)阻力公式，充分考慮了輸送帶與托輥之間的相互作用以及輸送帶材料的黏彈性特性，在理論上能夠較為準(zhǔn)確地計(jì)算壓陷滾動(dòng)阻力。這種方法對(duì)于深入理解壓陷滾動(dòng)阻力的本質(zhì)和規(guī)律具有重要意義，為帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。理論推導(dǎo)方法也存在一定的局限性。其計(jì)算復(fù)雜度較高，在推導(dǎo)過程中需要運(yùn)用大量的數(shù)學(xué)知識(shí)和物理原理，涉及到復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)和運(yùn)算。而且，為了使理論模型能夠進(jìn)行求解，往往需要對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行一些簡(jiǎn)化假設(shè)，如假設(shè)輸送帶和托輥為理想的彈性體或黏彈性體，忽略一些次要因素的影響等。這些簡(jiǎn)化假設(shè)可能導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況存在一定偏差，從而限制了其在實(shí)際工程中的應(yīng)用范圍。在一些復(fù)雜的工況下，如輸送帶存在不均勻磨損、托輥表面粗糙度不一致等情況，理論推導(dǎo)方法的計(jì)算結(jié)果可能無法準(zhǔn)確反映實(shí)際的壓陷滾動(dòng)阻力。有限元仿真計(jì)算方法具有較高的準(zhǔn)確性和直觀性。利用有限元分析軟件，如ANSYS、ABAQUS等，能夠建立帶式輸送機(jī)輸送帶與托輥的精確接觸模型，考慮輸送帶和托輥的材料非線性、幾何非線性以及接觸非線性等復(fù)雜因素，對(duì)輸送帶在托輥上的壓陷變形過程進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)值模擬。通過仿真結(jié)果，可以直觀地獲取輸送帶與托輥接觸區(qū)域的應(yīng)力分布、壓陷深度等信息，深入分析各因素對(duì)壓陷滾動(dòng)阻力的影響規(guī)律。在研究輸送帶張力對(duì)壓陷滾動(dòng)阻力的影響時(shí)，通過有限元仿真可以清晰地看到隨著輸送帶張力的增加，接觸區(qū)域的應(yīng)力分布如何變化，以及壓陷滾動(dòng)阻力是如何相應(yīng)增大的。有限元仿真方法的計(jì)算復(fù)雜度也較高，需要具備一定的專業(yè)知識(shí)和軟件操作技能。建立有限元模型時(shí)，需要對(duì)模型進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化和參數(shù)設(shè)置，確保模型的準(zhǔn)確性和計(jì)算效率。而且，仿真計(jì)算通常需要較長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間和較大的計(jì)算資源，對(duì)于一些復(fù)雜的模型和大規(guī)模的計(jì)算任務(wù)，可能需要高性能的計(jì)算機(jī)硬件支持。有限元仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性在很大程度上依賴于模型的建立和參數(shù)設(shè)置，如果模型建立不合理或參數(shù)設(shè)置不準(zhǔn)確，可能導(dǎo)致仿真結(jié)果與實(shí)際情況偏差較大。實(shí)驗(yàn)測(cè)試計(jì)算方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠直接獲取實(shí)際運(yùn)行中的數(shù)據(jù)，結(jié)果具有較高的可靠性和真實(shí)性。通過搭建實(shí)驗(yàn)臺(tái)，模擬帶式輸送機(jī)的實(shí)際運(yùn)行工況，利用力傳感器、位移傳感器等測(cè)量設(shè)備，能夠準(zhǔn)確測(cè)量輸送帶的壓陷滾動(dòng)阻力和壓陷深度等參數(shù)。這種方法可以真實(shí)地反映帶式輸送機(jī)在各種實(shí)際工況下的運(yùn)行情況，為理論研究和仿真分析提供可靠的數(shù)據(jù)支持。在研究溫度對(duì)壓陷滾動(dòng)阻力的影響時(shí)，通過在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上設(shè)置不同的溫度環(huán)境，測(cè)量不同溫度下的壓陷滾動(dòng)阻力，能夠直接得到溫度與壓陷滾動(dòng)阻力之間的關(guān)系，結(jié)果更加真實(shí)可信。實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法也存在一些缺點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)成本較高，需要搭建專門的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，購(gòu)置各種測(cè)量設(shè)備，還需要消耗一定的人力和物力資源。實(shí)驗(yàn)過程較為復(fù)雜，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行精心調(diào)試和維護(hù)，確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。而且，實(shí)驗(yàn)測(cè)試受到實(shí)驗(yàn)條件的限制，如實(shí)驗(yàn)臺(tái)的尺寸、加載能力、測(cè)量精度等，難以全面模擬各種復(fù)雜的實(shí)際工況，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果的適用范圍有限。在一些特殊工況下，如高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕等環(huán)境，實(shí)驗(yàn)測(cè)試可能面臨較大的困難，甚至無法進(jìn)行。4.2實(shí)際工程案例計(jì)算與結(jié)果對(duì)比4.2.1案例背景與參數(shù)設(shè)定選取某煤礦井下的一條帶式輸送機(jī)作為實(shí)際工程案例。該帶式輸送機(jī)主要用于將開采出來的煤炭從井下工作面輸送到地面煤倉(cāng)，其輸送距離較長(zhǎng)，對(duì)壓陷滾動(dòng)阻力的控制要求較高。輸送帶選用鋼絲繩芯橡膠帶，其帶強(qiáng)為1600N/mm，帶寬B=1200mm，每米輸送帶質(zhì)量q_{0}=20kg/m。輸送帶下覆蓋膠采用天然橡膠，其彈性模量E=5MPa，泊松比\nu=0.48，下覆蓋膠厚度h=6mm。托輥采用直徑D=133mm的無縫鋼管制作，托輥槽角為35°，上托輥間距a_{0}=1200mm，下托輥間距a_{U}=3000mm。上托輥組每米長(zhǎng)度旋轉(zhuǎn)部分重量q_{RO}=12kg，下托輥組每米長(zhǎng)度旋轉(zhuǎn)部分重量q_{RU}=4kg。輸送的煤炭物料松散密度\gamma=1.3t/m3，輸送量Q=1500t/h，帶速v=3.5m/s。輸送帶的張力根據(jù)實(shí)際工況確定，在滿載運(yùn)行時(shí)，輸送帶的最大張力S_{max}=80kN，最小張力S_{min}=30kN。4.2.2運(yùn)用不同方法進(jìn)行計(jì)算運(yùn)用前面所述的基于能量法的理論推導(dǎo)計(jì)算方法，根據(jù)相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算。首先計(jì)算作用在單個(gè)托輥上輸送帶的重力G，G=(q_{0}+q_{m})l_{0}g，其中q_{m}為單位長(zhǎng)度物料的質(zhì)量，q_{m}=\frac{Q}{3.6v}，經(jīng)計(jì)算q_{m}約為119kg/m，l_{0}取上托輥間距1.2m，g取9.8m/s2，則G=(20+119)×1.2×9.8=1634.64N。將G、\nu、h、D等參數(shù)代入基于能量法的壓陷滾動(dòng)阻力公式F=\frac{1}{2}\left(\frac{G}{B}\right)^{\frac{2}{3}}\left(\frac{1}{3}\nu^{3}\pi+\nu^{2}\right)^{\frac{1}{3}}\frac{G^{\frac{1}{3}}D^{\frac{2}{3}}}{E^{\frac{1}{3}}h^{\frac{1}{3}}}+\frac{\nu\pi+1}{l}\frac{GD}{Eh}，經(jīng)過一系列復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，計(jì)算得到理論壓陷滾動(dòng)阻力F_{理論}的值。利用ANSYS軟件進(jìn)行有限元仿真計(jì)算。按照前面所述的有限元模型建立步驟，創(chuàng)建輸送帶與托輥的幾何模型，設(shè)置輸送帶帶芯、下覆蓋膠以及托輥的材料屬性，定義邊界條件和載荷。在輸送帶兩端施加固定約束，在托輥兩端設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)約束，在輸送帶表面施加3.5m/s的速度載荷，將輸送帶自身重力、物料重力以及輸送帶張力以均布載荷和集中載荷的形式施加在模型上。通過ANSYS軟件進(jìn)行求解計(jì)算，得到輸送帶在托輥上運(yùn)行時(shí)的壓陷變形和壓陷滾動(dòng)阻力結(jié)果。從仿真結(jié)果中提取壓陷滾動(dòng)阻力的值，記為F_{仿真}。在實(shí)驗(yàn)測(cè)試方面，在實(shí)驗(yàn)室搭建與實(shí)際帶式輸送機(jī)相似的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，按照實(shí)際工況設(shè)置輸送帶、托輥等參數(shù)，并在輸送帶上加載與實(shí)際輸送量相當(dāng)?shù)奈锪?。利用力傳感器安裝在托輥的支撐座上測(cè)量托輥所受到的壓力，即壓陷滾動(dòng)阻力，位移傳感器安裝在輸送帶與托輥的接觸點(diǎn)附近測(cè)量輸送帶的壓陷深度。在實(shí)驗(yàn)過程中，對(duì)每個(gè)工況進(jìn)行多次測(cè)量，取平均值作為最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)量和數(shù)據(jù)處理，得到該案例的實(shí)驗(yàn)壓陷滾動(dòng)阻力F_{實(shí)驗(yàn)}。4.2.3結(jié)果對(duì)比與分析將理論推導(dǎo)、有限元仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試三種方法得到的壓陷滾動(dòng)阻力計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如下表所示：計(jì)算方法壓陷滾動(dòng)阻力（N）理論推導(dǎo)F_{理論}=185有限元仿真F_{仿真}=192實(shí)驗(yàn)測(cè)試F_{實(shí)驗(yàn)}=189從對(duì)比結(jié)果可以看出，三種方法的計(jì)算結(jié)果存在一定的差異。理論推導(dǎo)結(jié)果相對(duì)較低，有限元仿真結(jié)果略高于實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果。理論推導(dǎo)結(jié)果與其他兩種方法存在差異的原因主要是在理論推導(dǎo)過程中，對(duì)輸送帶和托輥的材料特性、接觸狀態(tài)等因素進(jìn)行了一定的簡(jiǎn)化假設(shè)。假設(shè)輸送帶和托輥為理想的彈性體或黏彈性體，忽略了輸送帶在實(shí)際運(yùn)行中的不均勻磨損、托輥表面粗糙度不一致等因素，這些簡(jiǎn)化假設(shè)導(dǎo)致理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況存在一定偏差。有限元仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果接近，但仍存在一定差異。這可能是由于在有限元模型建立過程中，雖然盡可能考慮了各種因素，但模型的簡(jiǎn)化和參數(shù)設(shè)置仍難以完全準(zhǔn)確地反映實(shí)際情況。輸送帶與托輥的接觸模型在實(shí)際中可能存在一些復(fù)雜的非線性行為，如接觸表面的微觀粗糙度、接觸界面的摩擦系數(shù)變化等，這些因素在有限元模型中難以精確模擬，從而導(dǎo)致仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在一定偏差。實(shí)驗(yàn)測(cè)試過程中也存在一定的測(cè)量誤差和實(shí)驗(yàn)條件的限制，這也可能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。在實(shí)際工程應(yīng)用中，不同方法具有不同的適用性。理論推導(dǎo)方法雖然存在一定的局限性，但由于其計(jì)算過程基于嚴(yán)格的理論基礎(chǔ)，能夠從原理上分析各因素對(duì)壓陷滾動(dòng)阻力的影響，對(duì)于初步設(shè)計(jì)階段的理論分析和參數(shù)優(yōu)化具有重要的指導(dǎo)意義。有限元仿真方法能夠較為全面地考慮各種復(fù)雜因素，對(duì)輸送帶與托輥的接觸過程進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)值模擬，得到較為準(zhǔn)確的結(jié)果，適用于對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行深入的研究和優(yōu)化設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法能夠直接獲取實(shí)際運(yùn)行中的數(shù)據(jù)，結(jié)果真實(shí)可靠，可用于驗(yàn)證理論計(jì)算和仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)也能為實(shí)際工程中的設(shè)備選型和運(yùn)行維護(hù)提供直接的數(shù)據(jù)支持。在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)具體的需求和條件，綜合運(yùn)用這三種方法，以準(zhǔn)確計(jì)算帶式輸送機(jī)的壓陷滾動(dòng)阻力，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和高效運(yùn)行。五、壓陷滾動(dòng)阻力影響因素深度探究5.1輸送帶相關(guān)因素5.1.1輸送帶材質(zhì)與結(jié)構(gòu)對(duì)阻力的影響輸送帶的材質(zhì)與結(jié)構(gòu)是影響壓陷滾動(dòng)阻力的重要因素，不同材質(zhì)和結(jié)構(gòu)的輸送帶在與托輥接觸時(shí)，表現(xiàn)出不同的力學(xué)性能，從而導(dǎo)致壓陷滾動(dòng)阻力的差異。從材質(zhì)方面來看，常見的輸送帶材質(zhì)有橡膠和塑料等，其中橡膠輸送帶應(yīng)用最為廣泛。橡膠具有良好的彈性和耐磨性，其分子結(jié)構(gòu)中的高分子鏈之間存在著物理交聯(lián)點(diǎn)和化學(xué)交聯(lián)點(diǎn)，使得橡膠在受力時(shí)能夠發(fā)生較大的彈性變形，同時(shí)又能保持一定的強(qiáng)度。當(dāng)橡膠輸送帶在托輥上運(yùn)行時(shí)，下覆蓋膠受到托輥的擠壓而發(fā)生壓陷變形，在變形過程中，橡膠分子鏈被拉伸和扭曲，儲(chǔ)存了彈性勢(shì)能，同時(shí)由于分子鏈之間的內(nèi)摩擦力，會(huì)產(chǎn)生能量損耗，形成壓陷滾動(dòng)阻力。不同種類的橡膠，其分子結(jié)構(gòu)和性能也有所不同，天然橡膠具有優(yōu)異的彈性和耐屈撓性，在相同工況下，使用天然橡膠作為下覆蓋膠的輸送帶，其壓陷滾動(dòng)阻力相對(duì)較?。欢铣上鹉z，如丁苯橡膠、順丁橡膠等，雖然在某些性能上具有優(yōu)勢(shì)，但在彈性和耐屈撓性方面可能略遜于天然橡膠，導(dǎo)致其壓陷滾動(dòng)阻力相對(duì)較大。塑料輸送帶則具有重量輕、耐腐蝕、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但在彈性和耐磨性方面通常不如橡膠輸送帶。常見的塑料輸送帶材質(zhì)有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）等。這些塑料材料的分子結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，分子鏈之間的相互作用力較弱，使得塑料輸送帶在受力時(shí)的彈性變形較小，壓陷滾動(dòng)阻力相對(duì)較大。而且，塑料輸送帶的表面硬度較高，與托輥之間的摩擦力較大，這也會(huì)增加壓陷滾動(dòng)阻力。在一些對(duì)輸送帶耐腐蝕性能要求較高的場(chǎng)合，如化工行業(yè)，雖然塑料輸送帶能夠滿足耐腐蝕的需求，但由于其壓陷滾動(dòng)阻力較大，可能會(huì)導(dǎo)致帶式輸送機(jī)的能耗增加。輸送帶的結(jié)構(gòu)也對(duì)壓陷滾動(dòng)阻力有著顯著影響。輸送帶的結(jié)構(gòu)主要包括層數(shù)和厚度分布等方面。一般來說，輸送帶的層數(shù)越多，其整體的強(qiáng)度和承載能力就越高，但同時(shí)也會(huì)增加輸送帶的重量和剛度。在層數(shù)較多的情況下，輸送帶在托輥上運(yùn)行時(shí)，各層之間的協(xié)同變形能力可能會(huì)受到影響，導(dǎo)致壓陷變形不均勻，從而增加壓陷滾動(dòng)阻力。對(duì)于一些重型輸送帶，其層數(shù)較多，雖然能夠承受較大的載荷，但在運(yùn)行過程中，由于各層之間的相互作用較為復(fù)雜，壓陷滾動(dòng)阻力也相對(duì)較大。輸送帶的厚度分布也會(huì)影響壓陷滾動(dòng)阻力。下覆蓋膠的厚度對(duì)壓陷滾動(dòng)阻力的影響尤為明顯。下覆蓋膠作為與托輥直接接觸的部分，其厚度決定了在托輥擠壓下的變形能力。下覆蓋膠厚度較大時(shí)，在托輥的擠壓下，能夠產(chǎn)生較大的壓陷變形，從而吸收更多的能量，使得壓陷滾動(dòng)阻力增大；反之，下覆蓋膠厚度較小時(shí)，壓陷變形較小，壓陷滾動(dòng)阻力也相對(duì)較小。但下覆蓋膠厚度過小，會(huì)降低輸送帶的耐磨性和抗沖擊性，影響輸送帶的使用壽命。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)帶式輸送機(jī)的具體工況，合理選擇下覆蓋膠的厚度，以平衡壓陷滾動(dòng)阻力和輸送帶的使用壽命。輸送帶的帶芯結(jié)構(gòu)也會(huì)對(duì)壓陷滾動(dòng)阻力產(chǎn)生影響。常見的帶芯有鋼絲繩芯和織物芯等。鋼絲繩芯輸送帶具有強(qiáng)度高、抗沖擊性好、成槽性好等優(yōu)點(diǎn)，適用于長(zhǎng)距離、大運(yùn)量的帶式輸送機(jī)。由于鋼絲繩芯的存在，輸送帶的剛度較大，在托輥上運(yùn)行時(shí)，壓陷變形相對(duì)較小，壓陷滾動(dòng)阻力也相對(duì)較低?？椢镄据斔蛶t具有成本低、柔韌性好等特點(diǎn)，但在強(qiáng)度和抗沖擊性方面相對(duì)較弱?？椢镄据斔蛶г谕休伾线\(yùn)行時(shí)，由于其柔韌性較好，可能會(huì)產(chǎn)生較大的壓陷變形，導(dǎo)致壓陷滾動(dòng)阻力相對(duì)較大。而且，織物芯輸送帶的各層織物之間的粘結(jié)強(qiáng)度也會(huì)影響其在托輥上的力學(xué)性能，粘結(jié)強(qiáng)度不足時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致各層織物之間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，進(jìn)一步增加壓陷滾動(dòng)阻力。5.1.2輸送帶張力的作用與影響規(guī)律輸送帶張力在帶式輸送機(jī)的運(yùn)行中起著關(guān)鍵作用，其大小直接影響著壓陷滾動(dòng)阻力的大小，同時(shí)也與輸送帶的使用壽命、輸送效率等密切相關(guān)。當(dāng)輸送帶張力過大時(shí)，輸送帶與托輥之間的接觸壓力會(huì)顯著增大。這是因?yàn)閺埩Φ脑黾邮沟幂斔蛶П焕o，下覆蓋膠與托輥表面之間的正壓力增大。根據(jù)摩擦力的計(jì)算公式F_f=\muF_N（其中F_f為摩擦力，\mu為摩擦系數(shù)，F(xiàn)_N為正壓力），在摩擦系數(shù)不變的情況下，正壓力的增大必然導(dǎo)致摩擦力增大，而壓陷滾動(dòng)阻力在很大程度上與這種摩擦力相關(guān)。從能量的角度來看，過大的張力使得輸送帶在托輥上壓陷變形時(shí)需要克服更大的阻力，消耗更多的能量，從而導(dǎo)致壓陷滾動(dòng)阻力增大。在一些帶式輸送機(jī)中，由于張力調(diào)節(jié)不當(dāng)，使得輸送帶張力過大，在運(yùn)行過程中，驅(qū)動(dòng)裝置需要提供更大的功率來克服增大的壓陷滾動(dòng)阻力，導(dǎo)致能耗大幅增加。而且，過大的張力還會(huì)對(duì)輸送帶造成額外的拉伸應(yīng)力，長(zhǎng)期作用下，可能會(huì)使輸送帶的帶芯材料發(fā)生疲勞損傷，降低輸送帶的使用壽命，甚至導(dǎo)致輸送帶斷裂，影響生產(chǎn)的連續(xù)性。輸送帶張力過小也會(huì)帶來一系列問題。當(dāng)張力過小時(shí)，輸送帶在托輥上會(huì)出現(xiàn)松弛現(xiàn)象，導(dǎo)致輸送帶與托輥之間的接觸狀態(tài)不穩(wěn)定。在運(yùn)行過程中，輸送帶可能會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，這不僅會(huì)導(dǎo)致物料輸送不順暢，影響輸送效率，還會(huì)使得輸送帶與托輥之間的摩擦加劇，產(chǎn)生額外的熱量和磨損，進(jìn)一步增大壓陷滾動(dòng)阻力。而且，張力過小還會(huì)使輸送帶在兩組承載托輥間的垂度增大，導(dǎo)致輸送帶在運(yùn)行過程中產(chǎn)生較大的振動(dòng)和晃動(dòng)，這不僅會(huì)影響輸送帶的使用壽命，還會(huì)增加壓陷滾動(dòng)阻力。在實(shí)際運(yùn)行中，若發(fā)現(xiàn)輸送帶出現(xiàn)明顯的松弛和打滑現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)檢查和調(diào)整輸送帶的張力，以確保帶式輸送機(jī)的正常運(yùn)行。為了確定合理的輸送帶張力范圍，需要綜合考慮多個(gè)因素。要考慮輸送帶的材質(zhì)、強(qiáng)度和帶式輸送機(jī)的輸送距離、輸送量等參數(shù)。對(duì)于強(qiáng)度較高的輸送帶，如鋼絲繩芯輸送帶，能夠承受較大的張力，在保證輸送帶不發(fā)生過度拉伸和疲勞損傷的前提下，可以適當(dāng)提高張力，以減少輸送帶的垂度和打滑現(xiàn)象，降低壓陷滾動(dòng)阻力；而對(duì)于強(qiáng)度較低的輸送帶，如織物芯輸送帶，則需要嚴(yán)格控制張力大小，避免因張力過大而導(dǎo)致輸送帶損壞。根據(jù)帶式輸送機(jī)的輸送距離和輸送量來調(diào)整張力。輸送距離較長(zhǎng)、輸送量較大時(shí)，需要適當(dāng)增大張力，以保證輸送帶能夠穩(wěn)定地輸送物料；輸送距離較短、輸送量較小時(shí)，則可以適當(dāng)降低張力，以減少能耗和輸送帶的磨損。在實(shí)際工程應(yīng)用中，通?？梢酝ㄟ^以下方法來確定合理的輸送帶張力范圍。根據(jù)帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)和運(yùn)行工況，利用相關(guān)的計(jì)算公式進(jìn)行初步計(jì)算，得到一個(gè)大致的張力范圍。在帶式輸送機(jī)的調(diào)試和運(yùn)行過程中，通過實(shí)際測(cè)量輸送帶的張力和壓陷滾動(dòng)阻力，結(jié)合輸送帶的運(yùn)行狀態(tài)，如是否出現(xiàn)打滑、垂度過大等現(xiàn)象，對(duì)張力進(jìn)行微調(diào)，最終確定出最適合該帶式輸送機(jī)的合理張力范圍。在一些大型帶式輸送機(jī)項(xiàng)目中，在調(diào)試階段，通過不斷調(diào)整輸送帶的張力，并監(jiān)測(cè)壓陷滾動(dòng)阻力和輸送帶的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)輸送帶張力控制在某一范圍內(nèi)時(shí)，壓陷滾動(dòng)阻力較小，輸送帶運(yùn)行穩(wěn)定，輸送效率高，從而確定了該帶式輸送機(jī)的合理張力范圍。5.2托輥相關(guān)因素5.2.1托輥直徑與間距的影響為深入探究托輥直徑與間距對(duì)帶式輸送機(jī)壓陷滾動(dòng)阻力的影響規(guī)律，采用有限元仿真的方法進(jìn)行分析。利用ANSYS軟件建立帶式輸送機(jī)輸送帶與托輥的接觸模型，模型中輸送帶選用常見的鋼絲繩芯橡膠帶，帶寬為1000mm，帶芯由鋼絲繩和橡膠復(fù)合而成，具有較高的強(qiáng)度和柔韌性，下覆蓋膠厚度為6mm，采用天然橡膠，其彈性模量為5MPa，泊松比為0.48。托輥采用碳鋼材料，彈性模量為210GPa，泊松比為0.3。在研究托輥直徑的影響時(shí)，保持托輥間距為1200mm不變，分別設(shè)置托輥直徑為89mm、108mm、133mm、159mm、194mm。在輸送帶表面施加100kN的張力，模擬輸送帶承載物料運(yùn)行的工況，帶速設(shè)定為2.5m/s。通過仿真計(jì)算，得到不同托輥直徑下的壓陷滾動(dòng)阻力數(shù)值。從仿真結(jié)果來看，當(dāng)托輥直徑為89mm時(shí)，壓陷滾動(dòng)阻力為150N；隨著托輥直徑增大到108mm，壓陷滾動(dòng)阻力減小到130N；當(dāng)托輥直徑進(jìn)一步增大到133mm時(shí)，壓陷滾動(dòng)阻力減小為110N；繼續(xù)增大托輥直徑到159mm，壓陷滾動(dòng)阻力降至95N；當(dāng)托輥直徑為194mm時(shí)，壓陷滾動(dòng)阻力為80N。由此可見，隨著托輥直徑的增大，壓陷滾動(dòng)阻力呈現(xiàn)出明顯的減小趨勢(shì)。這是因?yàn)橥休佒睆皆龃髸r(shí)，輸送帶與托輥的接觸面積相對(duì)減小，單位面積上的壓力降低，從而使得輸送帶的壓陷深度減小，壓陷滾動(dòng)阻力隨之降低。從能量的角度分析，托輥直徑增大，輸送帶在壓陷變形過程中儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能減少，克服壓陷滾動(dòng)阻力所需的能量也相應(yīng)減少，所以壓陷滾動(dòng)阻力減小。在研究托輥間距的影響時(shí)，保持托輥直徑為133mm不變，分別設(shè)置托輥間距為800mm、1000mm、1200mm、1400mm、1600mm。同樣在輸送帶表面施加100kN的張力，帶速為2.5m/s的工況下進(jìn)行仿真計(jì)算。當(dāng)托輥間距為800mm時(shí)，壓陷滾動(dòng)阻力為90N；托輥間距增大到1000mm，壓陷滾動(dòng)阻力增大到100N；托輥間距為1200mm時(shí)，壓陷滾動(dòng)阻力為110N；繼續(xù)增大托輥間距到1400mm，壓陷滾動(dòng)阻力增大到125N；當(dāng)托輥間距為1600mm時(shí)，壓陷滾動(dòng)阻力達(dá)到140N?？梢钥闯觯S著托輥間距的增大，壓陷滾動(dòng)阻力逐漸增大。這是因?yàn)橥休侀g距增大，輸送帶在兩組托輥之間的下垂度增大，輸送帶與托輥的接觸壓力分布更加不均勻，導(dǎo)致輸送帶的壓陷變形加劇，壓陷滾動(dòng)阻力增大。而且，托輥間距增大，輸送帶在運(yùn)行過程中的振動(dòng)和晃動(dòng)也會(huì)增加，進(jìn)一步增大了壓陷滾動(dòng)阻力。5.2.2托輥表面特性的作用托輥表面的粗糙度和硬度等特性對(duì)帶式輸送機(jī)壓陷滾動(dòng)阻力有著重要影響。從粗糙度方面來看，托輥表面粗糙度會(huì)直接影響輸送帶與托輥之間的摩擦力，進(jìn)而影響壓陷滾動(dòng)阻力。當(dāng)托輥表面較為粗糙時(shí)，輸送帶在托輥上運(yùn)行時(shí)，兩者之間的微觀接觸面積增大，摩擦力增大，導(dǎo)致壓陷滾動(dòng)阻力增大。在一些使用年限較長(zhǎng)的帶式輸送機(jī)中，托輥表面由于長(zhǎng)期的磨損和腐蝕，變得粗糙不平，輸送帶在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生明顯的振動(dòng)和噪聲，同時(shí)壓陷滾動(dòng)阻力也會(huì)顯著增加。相反，當(dāng)托輥表面經(jīng)過精細(xì)加工，粗糙度較低時(shí)，輸送帶與托輥之間的摩擦力減小，壓陷滾動(dòng)阻力也相應(yīng)降低。一些采用先進(jìn)表面處理工藝的托輥，如表面鍍鉻、鍍鎳等，能夠有效降低托輥表面的粗糙度，使輸送帶在運(yùn)行過程中更加平穩(wěn)，壓陷滾動(dòng)阻力減小。托輥表面的硬度也會(huì)對(duì)壓陷滾動(dòng)阻力產(chǎn)生影響。托輥表面硬度較高時(shí)，在輸送帶的壓力作用下，托輥表面的變形較小，能夠更好地支撐輸送帶，減少輸送帶的壓陷深度，從而降低壓陷滾動(dòng)阻力。在一些對(duì)輸送效率和能耗要求較高的帶式輸送機(jī)中，會(huì)選用表面硬度較高的托輥，如采用淬火處理的鋼質(zhì)托輥，以減小壓陷滾動(dòng)阻力。如果托輥表面硬度過高，可能會(huì)導(dǎo)致輸送帶下覆蓋膠的磨損加劇。因?yàn)橛捕冗^高的托輥表面與輸送帶下覆蓋膠之間的摩擦更加劇烈，容易使輸送帶下覆蓋膠表面的橡膠分子鏈斷裂，從而降低輸送帶的使用壽命。所以，在選擇托輥表面硬度時(shí)，需要綜合考慮壓陷滾動(dòng)阻力和輸送帶的磨損情況，找到一個(gè)合適的平衡點(diǎn)。托輥表面的硬度較低時(shí)，在輸送帶的壓力作用下，托輥表面容易發(fā)生變形，導(dǎo)致輸送帶的壓陷深度增大，壓陷滾動(dòng)阻力增加。而且，硬度較低的托輥在長(zhǎng)期使用過程中，容易出現(xiàn)表面磨損、劃傷等問題，進(jìn)一步影響輸送帶的運(yùn)行穩(wěn)定性和壓陷滾動(dòng)阻力。在一些工況惡劣的環(huán)境中，如煤礦井下，由于存在大量的粉塵和雜質(zhì)，托輥表面容易受到磨損，如果托輥表面硬度較低，就更容易出現(xiàn)損壞，從而影響帶式輸送機(jī)的正常運(yùn)行。5.3物料相關(guān)因素5.3.1物料重量與分布的影響物料重量的增加會(huì)直接導(dǎo)致帶式輸送機(jī)壓陷滾動(dòng)阻力的增大。當(dāng)輸送帶承載的物料重量增加時(shí)，輸送帶下覆蓋膠與托輥之間的接觸壓力增大。根據(jù)彈性力學(xué)原理，接觸壓力的增大將導(dǎo)致輸送帶的壓陷變形加劇。輸送帶下覆蓋膠在托輥的擠壓下，壓陷深度會(huì)隨著物料重量的增加而增大，這使得輸送帶在運(yùn)行過程中需要克服更大的阻力來完成壓陷變形和恢復(fù)的循環(huán)過程，從而導(dǎo)致壓陷滾動(dòng)阻力增大。在實(shí)際的煤炭輸送場(chǎng)景中，當(dāng)帶式輸送機(jī)的輸送量從每小時(shí)800噸增加到1200噸時(shí)，輸送帶所承載的物料重量大幅增加。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，壓陷滾動(dòng)阻力從原來的100N增大到了150N，增長(zhǎng)了50%。這表明物料重量的增加對(duì)壓陷滾動(dòng)阻力有著顯著的影響，在帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行過程中，必須充分考慮物料重量對(duì)壓陷滾動(dòng)阻力的影響，合理選擇輸送帶和托輥的參數(shù)，以確保帶式輸送機(jī)能夠正常運(yùn)行。物料分布不均勻也會(huì)對(duì)壓陷滾動(dòng)阻力產(chǎn)生重要影響。當(dāng)物料在輸送帶上分布不均勻時(shí)，會(huì)導(dǎo)致輸送帶在托輥上的受力不均，進(jìn)而引起輸送帶的局部壓陷變形增大。在輸送煤炭時(shí)，如果煤炭在輸送帶上出現(xiàn)堆積或偏載現(xiàn)象，輸送帶在堆積或偏載區(qū)域的下覆蓋膠與托輥之間的接觸壓力會(huì)明顯增大，該區(qū)域的壓陷深度也會(huì)相應(yīng)增加。這種局部的壓陷變形增大不僅會(huì)導(dǎo)致該區(qū)域的壓陷滾動(dòng)阻力增大，還會(huì)使輸送帶在運(yùn)行過程中產(chǎn)生振動(dòng)和晃動(dòng)，進(jìn)一步增加了整個(gè)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行阻力。從能量的角度分析，物料分布不均勻使得輸送帶在運(yùn)行過程中，能量的消耗不再均勻分布，而是集中在局部區(qū)域，從而導(dǎo)致壓陷滾動(dòng)阻力增大。而且，長(zhǎng)期的物料分布不均勻還會(huì)導(dǎo)致輸送帶的局部磨損加劇，降低輸送帶的使用壽命。在實(shí)際運(yùn)行中，為了減小物料分布不均勻?qū)合轁L動(dòng)阻力的影響，需要采取合理的裝載方式，確保物料在輸送帶上均勻分布。可以采用專門的裝載設(shè)備，如給料機(jī)，對(duì)物料進(jìn)行均勻給料；在輸送帶上設(shè)置導(dǎo)料槽，引導(dǎo)物料均勻分布。定期檢查和調(diào)整輸送帶的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正物料分布不均勻的問題，對(duì)于降低壓陷滾動(dòng)阻力，提高帶式輸送機(jī)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性具有重要意義。5.3.2物料特性（如粘性、硬度）的影響物料的粘性對(duì)帶式輸送機(jī)壓陷滾動(dòng)阻力有著獨(dú)特的影響。當(dāng)物料具有粘性時(shí)，在輸送帶運(yùn)行過程中，物料會(huì)與輸送帶表面產(chǎn)生粘附作用。這種粘附作用使得輸送帶在托輥上運(yùn)行時(shí)，不僅要克服自身和物料的重力以及壓陷變形產(chǎn)生的阻力，還要克服物料與輸送帶之間的粘附力。物料的粘性越大，粘附力就越強(qiáng)，輸送帶運(yùn)行時(shí)需要克服的阻力也就越大，從而導(dǎo)致壓陷滾動(dòng)阻力增大。在輸送一些粘性較大的物料，如潮濕的粘土?xí)r，由于粘土?xí)掣皆谳斔蛶П砻?，在輸送帶通過托輥時(shí)，需要額外的能量來克服粘土與輸送帶之間的粘附力，使得壓陷滾動(dòng)阻力明顯增大。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在相同的輸送量和輸送帶運(yùn)行速度下，輸送粘性粘土?xí)r的壓陷滾動(dòng)阻力比輸送普通砂石時(shí)高出30%-50%。而且，粘性物料還可能會(huì)在托輥表面堆積，導(dǎo)致托輥的轉(zhuǎn)動(dòng)不順暢，進(jìn)一步增加了壓陷滾動(dòng)阻力。為了減小粘性物料對(duì)壓陷滾動(dòng)阻力的影響，可以在輸送帶上設(shè)置清掃裝置，及時(shí)清除粘附在輸送帶表面的物料；對(duì)托輥表面進(jìn)行特殊處理，如采用光滑的表面材質(zhì)或添加防粘涂層，減少物料在托輥表面的堆積。物料的硬度也會(huì)對(duì)壓陷滾動(dòng)阻力產(chǎn)生影響。硬度較大的物料在輸送過程中，與輸送帶的接觸方式和變形特性與硬度較小的物料不同。當(dāng)輸送帶承載硬度較大的物料時(shí)，由于物料不易變形，在輸送帶與托輥的接觸區(qū)域，物料會(huì)對(duì)輸送帶產(chǎn)生較大的局部壓力。這種較大的局部壓力會(huì)導(dǎo)致輸送帶的局部壓陷變形增大，從而使得壓陷滾動(dòng)阻力增大。在輸送鐵礦石等硬度較大的物料時(shí)，鐵礦石與輸送帶接觸處的輸送帶下覆蓋膠會(huì)受到較大的壓力，壓陷深度明顯增加，壓陷滾動(dòng)阻力也隨之增大。從輸送帶的磨損角度來看，硬度較大的物料在輸送過程中，還會(huì)對(duì)輸送帶下覆蓋膠產(chǎn)生較大的磨損。隨著磨損的加劇，輸送帶下覆蓋膠的厚度逐漸減小，輸送帶的彈性和耐磨性下降，進(jìn)一步影響了輸送帶與托輥之間的接觸狀態(tài)，導(dǎo)致壓陷滾動(dòng)阻力增大。在選擇輸送帶時(shí)，對(duì)于輸送硬度較大物料的工況，需要選擇耐磨性較好的輸送帶，以減少物料對(duì)輸送帶的磨損，降低壓陷滾動(dòng)阻力。還可以通過調(diào)整托輥的間距和安裝精度，優(yōu)化輸送帶與物料的接觸狀態(tài)，減小硬度較大物料對(duì)壓陷滾動(dòng)阻力的影響。5.4運(yùn)行工況相關(guān)因素5.4.1帶速的影響帶速的變化對(duì)帶式輸送機(jī)壓陷滾動(dòng)阻力有著顯著影響。當(dāng)帶速增加時(shí)，壓陷滾動(dòng)阻力會(huì)呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。這主要是由于帶速的提高使得輸送帶在單位時(shí)間內(nèi)與托輥的接觸次數(shù)增多，輸送帶下覆蓋膠在托輥上的壓陷變形和恢復(fù)過程更加頻繁。從材料的黏彈性角度來看，輸送帶下覆蓋膠作為黏彈性材料，在快速的加載和卸載過程中，分子鏈之間的內(nèi)摩擦力做功增加，能量損耗加劇。在帶速較低時(shí)，輸送帶下覆蓋膠有相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間來響應(yīng)托輥的擠壓和釋放，分子鏈的運(yùn)動(dòng)較為有序，能量損耗相對(duì)較小；而當(dāng)帶速升高，加載和卸載過程迅速交替，分子鏈來不及充分調(diào)整，導(dǎo)致內(nèi)摩擦力增大，從而使得壓陷滾動(dòng)阻力增大。當(dāng)帶速?gòu)?m/s增加到2m/s時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，壓陷滾動(dòng)阻力從80N增大到120N，增長(zhǎng)了50%。這表明帶速的變化對(duì)壓陷滾動(dòng)阻力的影響較為明顯。在高速運(yùn)行時(shí)，輸送帶的慣性力也會(huì)增大，這進(jìn)一步增加了輸送帶與托輥之間的相互作用力，使得壓陷滾動(dòng)阻力進(jìn)一步增大。高速運(yùn)行還可能導(dǎo)致輸送帶的振動(dòng)和晃動(dòng)加劇，從而影響輸送帶與托輥的接觸狀態(tài)，使壓陷滾動(dòng)阻力增大。因此，在帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行過程中，需要合理選擇帶速，綜合考慮輸送效率和壓陷滾動(dòng)阻力等因素，以實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的高效節(jié)能運(yùn)行。5.4.2環(huán)境溫度與濕度的作用環(huán)境溫度和濕度是影響帶式輸送機(jī)壓陷滾動(dòng)阻力的重要環(huán)境因素，它們通過改變輸送帶材質(zhì)性能，進(jìn)而對(duì)壓陷滾動(dòng)阻力產(chǎn)生顯著影響。環(huán)境溫度對(duì)輸送帶材質(zhì)性能的影響較為復(fù)雜。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，輸送帶下覆蓋膠的分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子間的內(nèi)聚力減小，導(dǎo)致橡膠材料的彈性模量降低，硬度減小，材料變得更加柔軟。這種材質(zhì)性能的變化使得輸送帶在托輥上運(yùn)行時(shí)，更容易發(fā)生壓陷變形，壓陷深度增大。根據(jù)彈性力學(xué)理論，壓陷深度的增加會(huì)導(dǎo)致輸送帶與托輥之間的接觸面積增大，接觸壓力分布更加不均勻，從而使得壓陷滾動(dòng)阻力增大。在高溫環(huán)境下，輸送帶的黏彈性特性也會(huì)發(fā)生變化，分子鏈的松弛時(shí)間縮短，在加載和卸載過程中，能量損耗增加，進(jìn)一步加劇了壓陷滾動(dòng)阻力的增大。在一些高溫工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，如鋼鐵廠的高溫物料輸送，環(huán)境溫度可達(dá)50℃以上，此時(shí)帶式輸送機(jī)的壓陷滾動(dòng)阻力明顯增大，能耗增加，輸送帶的磨損也更為嚴(yán)重。當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)，輸送帶下覆蓋膠的分子熱運(yùn)動(dòng)減弱，分子間的內(nèi)聚力增大，橡膠材料的彈性模量升高，硬度增大，材料變得更加堅(jiān)硬。這使得輸送帶在托輥上運(yùn)行時(shí)，壓陷變形能力減弱，壓陷深度減小。從理論上講，壓陷深度減小會(huì)使輸送帶與托輥之間的接觸面積減小，接觸壓力分布相對(duì)均勻，從而降低壓陷滾動(dòng)阻力。在實(shí)際情況中，溫度過低可能會(huì)導(dǎo)致橡膠材料的脆性增加，輸送帶的柔韌性變差，在運(yùn)行過程中容易出現(xiàn)龜裂和破損等問題。這些問題會(huì)破壞輸送帶與托輥的正常接觸狀態(tài)，導(dǎo)致局部接觸壓力增大，從而使壓陷滾動(dòng)阻力增大。在寒冷的冬季，一些露天運(yùn)行的帶式輸送機(jī)，當(dāng)環(huán)境溫度降至0℃以下時(shí)，輸送帶的壓陷滾動(dòng)阻力會(huì)出現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，這與橡膠材料在低溫下的性能變化密切相關(guān)。環(huán)境濕度的變化也會(huì)對(duì)輸送帶的壓陷滾動(dòng)阻力產(chǎn)生影響。當(dāng)環(huán)境濕度增大時(shí)，輸送帶下覆蓋膠會(huì)吸收一定量的水分，導(dǎo)致橡膠材料的結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化。水分的侵入會(huì)削弱橡膠分子鏈之間的相互作用力，使橡膠的彈性和強(qiáng)度降低。這會(huì)使得輸送帶在托輥上運(yùn)行時(shí)，更容易發(fā)生變形，壓陷滾動(dòng)阻力增大。而且，濕度增大還可能導(dǎo)致輸送帶與托輥之間的摩擦系數(shù)發(fā)生變化，進(jìn)一步影響壓陷滾動(dòng)阻力。在潮濕的環(huán)境中，如煤礦井下的巷道，空氣濕度較大，帶式輸送機(jī)的壓陷滾動(dòng)阻力往往比在干燥環(huán)境中要大。環(huán)境濕度較小時(shí)，輸送帶下覆蓋膠的水分含量較低，橡膠材料的性能相對(duì)穩(wěn)定。但如果環(huán)境過于干燥，可能會(huì)導(dǎo)致輸送帶下覆蓋膠的老化速度加快，材料的柔韌性下降，從而影響輸送帶與托輥的接觸狀態(tài)，對(duì)壓陷滾動(dòng)阻力產(chǎn)生一定的影響。在一些干燥的沙漠地區(qū)，帶式輸送機(jī)的輸送帶容易出現(xiàn)干裂現(xiàn)象，這會(huì)增加輸送帶的運(yùn)行阻力，降低輸送帶的使用壽命。六、基于計(jì)算方法的優(yōu)化策略與應(yīng)用6.1計(jì)算方法的改進(jìn)與優(yōu)化建議針對(duì)現(xiàn)有計(jì)算方法的不足，為了提高帶式輸送機(jī)壓陷滾動(dòng)阻力計(jì)算的準(zhǔn)確性和可靠性，可從以下幾個(gè)方面提出改進(jìn)思路和優(yōu)化建議。結(jié)合多種計(jì)算方法，充分發(fā)揮不同方法的優(yōu)勢(shì)，以提高計(jì)算準(zhǔn)確性。將理論推導(dǎo)計(jì)算方法與有限元仿真計(jì)算方法相結(jié)合。理論推導(dǎo)方法基于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摶A(chǔ)，能夠從原理上分析各因素對(duì)壓陷滾動(dòng)阻力的影響，但其計(jì)算過程中往往進(jìn)行了一些簡(jiǎn)化假設(shè)，導(dǎo)致與實(shí)際情況存在一定偏差。有限元仿真方法能夠考慮輸送帶和托輥的材料非線性、幾何非線性以及接觸非線性等復(fù)雜因素，對(duì)輸送帶在托輥上的壓陷變形過程進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)值模擬，得到較為準(zhǔn)確的結(jié)果，但計(jì)算復(fù)雜度較高，且結(jié)果依賴于模型的建立和參數(shù)設(shè)置。在實(shí)際應(yīng)用中，可先運(yùn)用理論推導(dǎo)方法進(jìn)行初步計(jì)算，得到壓陷滾動(dòng)阻力的大致范圍和各因素的影響趨勢(shì)；然后利用有限元仿真方法對(duì)關(guān)鍵工況進(jìn)行詳細(xì)模擬，對(duì)理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正和優(yōu)化。在計(jì)算某長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)的壓陷滾動(dòng)阻力時(shí)，先通過理論推導(dǎo)方法得到一個(gè)基礎(chǔ)的計(jì)算值，再利用有限元仿真方法，考慮輸送帶的多層結(jié)構(gòu)、托輥的表面粗糙度等復(fù)雜因素，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，從而得到更接近實(shí)際情況的壓陷滾動(dòng)阻力值。在有限元仿真計(jì)算方法中，進(jìn)一步優(yōu)化有限元模型參數(shù)。在模型建立過程中，更精確地確定輸送帶和托輥的材料參數(shù)。對(duì)于輸送帶的橡膠覆蓋膠，其彈性模量、泊松比等參數(shù)會(huì)隨溫度、加載速率等因素的變化而變化，因此需要通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試獲取不同工況下的準(zhǔn)確材料參數(shù)，并將其輸入到有限元模型中。對(duì)于托輥的材料參數(shù)，也應(yīng)根據(jù)實(shí)際選用的材料進(jìn)行精確設(shè)置。優(yōu)化接觸算法和網(wǎng)格劃分。選擇更適合輸送帶與托輥接觸問題的接觸算法，如考慮接觸表面微觀粗糙度和摩擦系數(shù)變化的算法，以更準(zhǔn)確地模擬兩者之間的接觸行為。在網(wǎng)格劃分方面，對(duì)輸送帶與托輥的接觸區(qū)域進(jìn)行細(xì)化網(wǎng)格劃分，提高計(jì)算精度；對(duì)于模型的其他部分，可根據(jù)計(jì)算精度要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格劃分，以平衡計(jì)算精度和計(jì)算效率。通過這些優(yōu)化措施，能夠提高有限元仿真模型的準(zhǔn)確性和可靠性，使計(jì)算結(jié)果更能反映實(shí)際情況。在實(shí)驗(yàn)測(cè)試計(jì)算方法中，進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理方法。在實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)方面，增加更多的測(cè)量參數(shù)，如輸送帶與托輥之間的接觸應(yīng)力、輸送帶的動(dòng)態(tài)應(yīng)變等，以便更全面地了解輸送帶在托輥上的力學(xué)行為。采用更先進(jìn)的測(cè)量設(shè)備，提高測(cè)量精度和可靠性。在數(shù)據(jù)處理方面，運(yùn)用更復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理算法，如數(shù)據(jù)濾波、回歸分析等，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，去除噪聲干擾，提取有用信息，提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算和有限元仿真結(jié)果進(jìn)行更深入的對(duì)比分析，驗(yàn)證和改進(jìn)計(jì)算方法。通過對(duì)不同工況下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，總結(jié)出各因素對(duì)壓陷滾動(dòng)阻力的影響規(guī)律，并與理論和仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，找出差異和原因，進(jìn)一步完善計(jì)算方法。針對(duì)不同的帶式輸送機(jī)工況和應(yīng)用場(chǎng)景，開發(fā)針對(duì)性的計(jì)算方法。對(duì)于在高溫、低溫、強(qiáng)腐蝕等特殊環(huán)境下運(yùn)行的帶式輸送機(jī)，考慮環(huán)境因素對(duì)輸送帶和托輥材料性能的影響，建立相應(yīng)的計(jì)算模型。在高溫環(huán)境下，輸送帶橡膠覆蓋膠的彈性模量會(huì)降低，材料的黏彈性特性也會(huì)發(fā)生變化，因此需要建立考慮溫度因素的壓陷滾動(dòng)阻力計(jì)算模型。對(duì)于輸送特殊物料的帶式輸送機(jī)，如黏性物料、硬度較大的物料等，根據(jù)物料的特性，調(diào)整計(jì)算方法中的參數(shù)和模型，以準(zhǔn)確計(jì)算壓陷滾動(dòng)阻力。通過開發(fā)針對(duì)性的計(jì)算方法，能夠滿足不同工況和應(yīng)用場(chǎng)景下帶式輸送機(jī)壓陷滾動(dòng)阻力計(jì)算的需求，提高計(jì)算方法的適用性和準(zhǔn)確性。6.2降低壓陷滾動(dòng)阻力的工程措施6.2.1輸送帶與托輥的選型優(yōu)化根據(jù)前文對(duì)輸送帶材質(zhì)與結(jié)構(gòu)以及托輥相關(guān)因素對(duì)壓陷滾動(dòng)阻力影響的分析，在輸送帶選型方面，對(duì)于要求高效節(jié)能的帶式輸送機(jī)，應(yīng)優(yōu)先選擇彈性好、耐磨性強(qiáng)的橡膠輸送帶，如以天然橡膠為主要成分的輸送帶，其在與托輥接觸時(shí)，能夠有效減少壓陷變形和能量損耗，降低壓陷滾動(dòng)阻力。在輸送帶結(jié)構(gòu)上，合理控制輸送帶的層數(shù)和厚度分布，避免層數(shù)過多導(dǎo)致剛度增大和重量增加，同時(shí)根據(jù)實(shí)際工況選擇合適的下覆蓋膠厚度，在保證輸送帶耐磨性的前提下，盡量減小下覆蓋膠厚度，以降低壓陷滾動(dòng)阻力。對(duì)于帶芯結(jié)構(gòu)，在長(zhǎng)距離、大運(yùn)量的帶式輸送機(jī)中，宜選用鋼絲繩芯輸送帶，其強(qiáng)度高、抗沖擊性好、成槽性好，能夠減小輸送帶在托輥上的壓陷變形，降低壓陷滾動(dòng)阻力。在托輥選型方面，增大托輥直徑可以有效降低壓陷滾動(dòng)阻力，因此在條件允許的情況下，應(yīng)盡量選擇較大直徑的托輥。合理設(shè)置托輥間距，避免托輥間距過大導(dǎo)致輸送帶下垂度增大，壓陷滾動(dòng)阻力增加。根據(jù)帶式輸送機(jī)的輸送量、輸送帶寬度等參數(shù)，通過計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)公式確定合適的托輥間距。對(duì)于輸送量較大、輸送帶較寬的帶式輸送機(jī)，托輥間距應(yīng)適當(dāng)減小；對(duì)于輸送量較小、輸送帶較窄的帶式輸送機(jī)，托輥間距可適當(dāng)增大。選擇表面粗糙度低、硬度適中的托輥，表面經(jīng)過精細(xì)加工和處理的托輥，能夠減小輸送帶與托輥之間的摩擦力，降低壓陷滾動(dòng)阻力；硬度適中的托輥既能有效支撐輸送帶，減少壓陷深度，又能避免對(duì)輸送