双滚筒传动带式输送机的电动机功率平衡.pdf

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收 稿 日 期 : 2?0?0?0?-?0?l?-?2?0? 基 金 项 目 : 教 育 部 留 学 回 国 人 员 科 研 启 动 基 金 资 助 作 者 简 介 : 邓 永 胜 ( l?9?6?8? -? ) , 男 , 山 东 昌 乐 人 , 东 北 大 学 工 程 师 , 工 学 硕 士 · 2?0?0?0? 年 l?0? 月 第 2?l?卷 第 5?期 东 北 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) J?O?u?r?H?a?1? O?f? N?O?r?t?1?e?a?S?t?e?r?H? U?H?i?V?e?r?S?i?t?y? ( N?a?t?u?r?a?1? S?c?i?e?H?c?e?) 0?c?t?.?2? 0? 0? 0? V?O?1?.?2?l?, !?!? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? N?O?.?5? 文 章 编 号 : l?0?0?5?-?3?0?2?6? ( 2?0?0?0?) 0?5?-?0?5?2?0?-?0?4? 双 滚 筒 传 动 带 式 输 送 机 的 电 动 机 功 率 平 衡 邓 永 胜 l?, 宋 伟 刚 l?, 赵 琛 2? ( l?.? 东 北 大 学 机 械 工 程 与 自 动 化 学 院 , 辽 宁 沈 阳 l?l?0?0?0?6?; 2?.? 鞍 钢 附 企 原 料 总 厂 , 辽 宁 鞍 山 l?l?4?0?2?3?) 摘 要 : 根 据 驱 动 系 统 输 出 转 矩 之 和 维 持 不 变 的 条 件 , 导 出 了 以 主 要 影 响 因 素 即 输 送 带 的 弹 性 伸 长 率 、 传 动 滚 筒 直 径 偏 差 的 相 对 值 以 及 电 动 机 外 特 性 表 示 的 电 机 功 率 不 平 衡 度 公 式 · 分 析 了 电 动 机 功 率 不 平 衡 的 原 因 和 主 要 影 响 因 素 对 功 率 平 衡 的 影 响 规 律 · 分 析 结 果 表 明 : 为 了 使 电 机 功 率 分 配 相 对 均 衡 , 在 多 滚 筒 传 动 的 场 合 , 输 送 带 最 好 采 用 钢 丝 芯 胶 带 ; 第 l? 滚 筒 的 直 径 可 以 略 大 于 第 2? 滚 筒 的 直 径 · 关 键 词 : 双 滚 筒 ; 带 式 输 送 机 ; 功 率 不 平 衡 度 中 图 分 类 号 : T?D? 6?3?4?.?l?文 献 标 识 码 : A? 带 式 输 送 机 是 现 代 物 料 连 续 输 送 的 重 要 设 备 , 它 的 驱 动 力 是 由 所 配 置 的 电 机 功 率 决 定 · 在 理 想 情 况 下 , 功 率 分 配 比 与 驱 动 力 分 配 比 相 同 , 但 在 实 际 上 由 于 各 种 因 素 的 影 响 , 导 致 各 电 机 实 际 功 率 分 配 发 生 较 大 偏 离 · 这 不 仅 造 成 输 送 带 各 张 力 和 包 角 利 用 的 重 新 分 配 , 更 主 要 的 是 使 各 电 机 功 率 负 载 不 均 衡 , 严 重 时 会 使 其 中 某 电 机 超 载 运 行 甚 至 损 坏 · 因 此 , 带 式 输 送 机 系 统 电 动 机 的 功 率 平 衡 是 保 证 其 正 常 运 行 的 必 要 条 件 [ l? ~? 3?] · l?驱 动 力 和 功 率 的 分 配 头 部 双 滚 筒 传 动 的 系 统 简 图 如 图 l? 所 示 · 滚 筒 的 驱 动 力 用 F? 表 示 , 输 送 带 的 张 力 用 T? 表 示 , 其 中 第 一 个 下 标 为 滚 筒 号 , 第 二 个 下 标 中 的 l? 和 2? 分 别 表 示 输 送 带 与 滚 筒 的 相 遇 点 和 分 离 点 ( 无 特 别 说 明 , 其 它 参 数 也 符 合 此 约 定 ) · 图 !? 头 部 双 滚 筒 传 动 的 系 统 简 图 !?— 表 示 第 l? 传 动 滚 筒 ; “?— 表 示 第 2? 传 动 滚 筒 · 多 滚 筒 传 动 带 式 输 送 机 正 常 运 行 的 特 征 是 : 任 何 传 动 滚 筒 和 输 送 带 没 有 宏 观 相 对 滑 移 · 即 : 至 少 有 输 送 带 和 传 动 滚 筒 在 相 遇 点 两 者 的 速 度 相 等 · 据 此 可 以 求 出 两 驱 动 装 置 提 供 的 驱 动 力 及 其 分 配 比 等 参 数 , 进 而 分 析 引 起 功 率 不 平 衡 的 因 素 · 如 图 l? 所 示 · 设 A?, C? 两 点 的 速 度 分 别 为 1? l?, 1?2?; 输 送 带 的 带 宽 和 弹 性 模 量 分 别 为 B? ( m?) , E? ( N?/? m?) · 则 受 输 送 带 变 形 影 响 的 滚 筒 速 度 关 系 [ 4?] 为 1?l? -? 1? 2? 1?l? =? F?l? B?l? ( l?) 其 中 , B?l?=? E?B? l? +? F? E?B? +? T?2?2? () E?B? · 若 设 滚 筒 直 径 为 D?, 转 差 率 为 S?· 则 由 驱 动 装 置 作 用 的 滚 筒 速 度 关 系 [ 4?] 为 1?l? -? 1? 2? 1?l? =?( l? -? S?l?) D?l?-?( l? -? S?2?) D?2? ( l? -? S?l?) D?l? ( 2?) 联 立 式 ( l?) 和 式 ( 2?) , 得 F?l?=?( l? -? S?l?) D?l?-?( l? -? S?2?) D?2? ( l? -? S?l?) D?l? B?l? F?2?=? F? -? F?l? 从 而 , 两 传 动 滚 筒 传 递 驱 动 力 的 实 际 分 配 比 ? F?为 ?F?=? F?l? F?2? =? A? F? ( l? -? S?l?) D?l?-? A? ( 3?) 其 中 , A? =? [ ( l? -? S?l?) D?l?-? ( l? -? S?2?) D?2?] B?l?· 由 式 ( 2?) , 略 去 相 对 甚 小 的 项 , 得 1?2? 1?l? =? l? -? F?l? B?l? “? l? -? F?l? E?B? =? l? -? #?!? ( 4?) 式 中 , !?!? 输 送 带 的 弹 性 伸 长 率 · 根 据 两 滚 筒 电 机 功 率 分 配 比 ? P? 与 驱 动 力 分 配 比 的 关 系 , 由 式 ( 3?) , ( 4?) 得 ?P?=? A? ( l? -? !? !?) [ F? ( l? -? S?l?) D?l?-? A?] ( 5?) 可 见 , 引 起 电 机 功 率 不 平 衡 的 主 要 因 素 有 : “? 输 送 带 的 弹 性 伸 长 ; #?驱 动 装 置 的 机 械 特 性 不 同 ; $?滚 筒 直 径 实 际 值 的 差 异 · 另 外 , 拉 紧 力 的 改 变 、 各 电 机 实 际 参 数 的 误 差 、 各 机 械 传 动 装 置 效 率 的 不 同 、 传 动 滚 筒 的 相 对 位 置 以 及 总 阻 力 等 因 素 都 会 对 电 机 功 率 平 衡 产 生 影 响 · 这 些 因 素 事 先 难 以 预 定 , 设 计 时 应 考 虑 随 机 变 化 的 情 况 · 2?电 机 功 率 平 衡 影 响 因 素 的 分 析 !?“?#?功 率 不 平 衡 度 在 双 滚 筒 驱 动 系 统 中 , 滚 筒 电 机 功 率 用 P? 表 示 , 电 机 的 负 荷 度 用 “?表 示 , 额 定 参 数 用 下 标 e? 加 以 区 分 ( 其 它 参 数 也 符 合 此 约 定 ) · 这 时 , 把 两 滚 筒 电 机 的 功 率 不 平 衡 度 #?定 义 [ 5?] 为 #?l?=? “?l? -?“?e?l? “?e?l? , #?2?=? “?2? -?“?e?2? “?e?2? 上 式 用 两 滚 筒 电 机 功 率 的 额 定 分 配 比 ? P?e?和 实 际 分 配 比 ? P?表 示 为 #?l?=? ?P? -? ? P?e? ?P?e?( l? +? ?P?) , #?2?=? -? ?P?e?#?l? ( 6?) !?“?!?功 率 平 衡 理 论 由 于 输 送 带 的 弹 性 伸 长 和 两 滚 筒 直 径 实 际 值 差 异 的 影 响 , 两 电 机 实 际 运 行 点 的 转 差 率 S?l?和 S?2?之 间 有 下 述 关 系 [ 6?] S?2?!?S?l? +? !? !?+?$? ( 7?) 其 中 , $?=? l? -? D?l? D?2? =? D?2?-? D?l? D?2? , 为 两 滚 筒 直 径 偏 差 的 相 对 值 · 若 滚 筒 电 机 的 转 矩 用 M? 表 示 , 则 实 际 转 矩 分 配 比 ? M?为 ?M?=? M?l? M?2? =? ? M?e? S?l? S?2? S?e?2? S?e?l? ( 8?) 可 见 , 只 要 找 出 S?l?或 S?2?, 就 可 以 确 定 ? M?, 进 而 确 定 其 功 率 不 平 衡 度 · 这 可 由 电 机 输 出 转 矩 之 和 维 持 不 变 的 条 件 导 出 · 即 S?l?=? l? +? ?M?e? ?M?e? S?e?l? +? l? S?e?2? -? !?!?+?$? ?M?e? S?e?2? S?e?l? +? l? , S?2?=? l? +? ?M?e? ?M?e? S?e?l? +? l? S?e?2? +? ?M?e?( !?!?+?$?) ?M?e?+? S?e?l? S?e?2? ( 9?) 从 而 , 把 式 ( 9?) 代 入 式 ( 8?) , 得 ?M? =? ? M?e? ( l? +? ?M?e?) S?e?2?-?( !?!?+?$?) ( l? +? ?M?e?) S?e?l? +? ? M?e? ( !?!?+?$?) ( l?0?) 相 应 的 实 际 功 率 分 配 比 为 ?P? =? ? F? 1?l? 1?2? =? ? M? D?2? D?l? 1?l? 1?2? =? ?M? l? -? $? l? l? -? !? !? ( l?l?) 在 理 想 情 况 下 , ?M?e?=? ?P?e?· 根 据 式 ( 6?) , ( l?0?) 和 ( l?l?) , 相 应 的 电 机 功 率 不 平 衡 度 可 以 表 示 为 #?l?=? C? -?( l? -?$?) ( l? -? !? !?) ?P?e?C? +?( l? -? $?) ( l? -? !? !?) , #?2?=? -? ?P?e?#?l? ( l?2?) 其 中 , C? =? ( l? +? ?P?e?) S?e?2?-? ( !?!?+?$?) ( l? +? ?P?e?) S?e?l?+? ?P?e?( !?!?+?$?) · 式 ( l?2?) 比 较 准 确 地 反 应 了 功 率 不 平 衡 度 与 主 要 影 响 因 素 之 间 的 定 量 关 系 · 在 理 想 情 况 下 , #?l? 或 #?2?为 零 , 说 明 两 电 机 功 率 处 于 完 全 平 衡 状 态 · 实 际 上 , 只 要 #?l?或 #?2?在 某 一 给 定 的 范 围 内 波 动 就 可 以 认 为 系 统 功 率 是 平 衡 的 · 上 述 S?e?l?, S?e?2?是 第 l? 和 第 2? 滚 筒 电 机 均 为 单 台 的 情 形 · 如 果 某 一 滚 筒 电 机 为 双 轴 传 动 , S?e?l?或 S?e?2? 可 看 作 两 电 机 额 定 运 行 点 的 转 差 率 · 如 滚 筒 “?为 双 轴 传 动 , 两 电 机 将 在 同 一 转 差 率 S? e?l?下 运 行 , 即 S?e?l?=? 2? l? S?e?l?l? +? l? S?e?l?2? ( l?3?) 式 中 , S?e?l?l?第 l? 滚 筒 电 机 l? 的 额 定 转 差 率 ; S?e?l?2? 第 l? 滚 筒 电 机 2? 的 额 定 转 差 率 · !?“?$?对 功 率 平 衡 影 响 因 素 的 分 析 考 虑 传 动 装 置 的 通 用 化 , 每 套 传 动 装 置 均 相 同 , 通 常 设 计 双 滚 筒 驱 动 功 率 分 配 比 ? P?e?=? l? 或 2?· 2?.?3?.?l?输 送 带 弹 性 伸 长 的 影 响 假 定 两 传 动 滚 筒 直 径 实 际 值 偏 差 的 相 对 值 可 忽 略 , 即 $?=? 0?; 同 时 两 电 机 的 特 性 一 致 , 不 妨 取 S?e?l?=? S?e?2?=? S?e?=? 0?.?0?l?6?· 一 般 采 用 钢 丝 芯 胶 带 时 , 取 !?!?=? 0? ~? 0?.?0?0?2?; 采 用 尼 龙 芯 胶 带 时 , 取 !?!?=? 0? ~?0?.?0?4?· 当 ? P?e?=? l? 和 ?P?e?=? 2? 时 , 根 据 式 ( l?2?) 分 别 画 出 #?-?!?!?的 图 线 , 如 图 2? 所 示 · 图 中 曲 线 l? 表 示 ?P?e?=? l? 时 对 应 的 图 线 , 曲 线 2? 表 示 ? P?e?=? 2? 时 对 应 的 图 线 ( 下 同 ) · 从 图 中 可 以 看 出 , 输 送 带 的 弹 性 伸 长 使 第 l? 滚 筒 电 机 轻 载 ( #?l?? 0?) · 而 且 , !?!?越 大 , 电 机 功 率 不 平 衡 度 就 越 大 , 表 明 两 滚 筒 电 机 偏 载 越 严 重 · 而 尼 龙 芯 胶 带 的 !?!?远 大 于 钢 丝 芯 胶 带 的 !?!?, 因 此 , 在 多 滚 筒 驱 动 的 场 合 最 好 采 用 钢 丝 芯 胶 带 · 当 ?P?e?=? 2? 时 , 第 2? 滚 筒 电 机 的 安 全 性 更 差 , 第 l? 传 动 滚 筒 的 电 机 l? 和 电 机 2? 共 同 驱 动 同 一 滚 筒 , 二 者 功 率 分 配 不 受 !?!? ( 或 $?) 的 影 响 · l?2?5?第 5? 期 邓 永 胜 等 : 双 滚 筒 传 动 带 式 输 送 机 的 电 动 机 功 率 平 衡 图 !? 受 !?!?影 响 时 的 功 率 不 平 衡 度 曲 线 ( a?) — 钢 丝 芯 胶 带 ; ( D?) — 尼 龙 芯 胶 带 · 2?.?3?.?2?传 动 滚 筒 直 径 实 际 值 偏 差 大 小 的 影 响 分 析 钢 丝 芯 胶 带 , 取 S?e?l?=? S?e?2?=? 0?.?0?l?6?, !?!?=? 0?.?0?0?2?· 同 样 根 据 式 ( l?2?) 分 别 画 出 i? P?e?=? l? 和 i?P?e?=? 2? 时 的 “?-?#?图 线 ( 图 3?) · 曲 线 表 明 : 当 “?=? 0? 时 , #?=? -? 0?.?0?0?2?, 这 是 由 于 !?!?的 影 响 · 图 3? 反 应 了 !?!?与 #?的 综 合 影 响 规 律 , 由 于 它 们 的 共 同 作 用 , 二 者 同 号 时 的 “?值 明 显 大 于 其 异 号 时 的 “?值 · 可 见 , 当 #?? 0? 时 , #?对 电 机 功 率 不 平 衡 度 的 影 响 规 律 与 !?!?的 一 致 ; 当 #?? S?e?l?时 的 曲 线 明 显 比 S?e?2?? 0?, 而 #?可 以 是 负 数 · 如 果 !?!?+?#?? 0?, 两 者 的 叠 加 影 响 将 使 同 一 外 特 性 的 电 机 功 率 平 衡 愈 加 不 利 , 导 致 第 l? 滚 筒 电 机 受 载 不 足 , 第 2? 滚 筒 电 机 较 大 超 载 ( 图 3?) · 此 时 , 使 特 性 硬 度 高 的 电 机 与 第 l? 滚 筒 匹 配 , 即 S?e?2?? S?e?l?, 最 好 满 足 S?e?2?-? S?e?l?!?!?!?+?#?, 这 样 将 抵 消 一 部 分 由 !?!?和 #?对 功 率 均 衡 分 配 产 生 的 不 利 影 响 · 否 则 , 电 机 外 特 性 符 合 S?e?2?? 2?.?9?4?%?· 可 见 , 虽 然 两 电 机 的 特 性 不 一 致 会 影 响 电 机 的 功 率 分 配 , 但 只 要 根 据 !?“?和 #? 的 情 况 , 使 电 机 特 性 与 第 l? 和 第 2? 滚 筒 合 理 匹 配 , 就 会 获 得 比 两 电 机 特 性 一 致 时 更 理 想 的 效 果 · 3?结 论 ( l?) 导 出 了 以 影 响 电 机 功 率 平 衡 的 主 要 因 素 !?“?, #?, S?e?表 示 的 电 机 功 率 不 平 衡 度 公 式 , 该 式 比 较 准 确 地 反 应 了 功 率 不 平 衡 度 与 主 要 影 响 因 素 之 间 的 定 量 关 系 · ( 2?) 尼 龙 芯 胶 带 的 !?“?比 钢 丝 芯 胶 带 的 大 一 个 数 量 级 , 为 减 小 输 送 带 的 弹 性 伸 长 对 电 机 功 率 不 平 衡 度 的 影 响 , 在 多 滚 筒 传 动 的 场 合 , 输 送 带 最 好 采 用 钢 丝 芯 胶 带 · ( 3?) 根 据 主 要 因 素 对 电 机 功 率 平 衡 的 影 响 规 律 , 应 把 硬 度 高 的 电 机 与 第 l? 滚 筒 匹 配 , 硬 度 低 的 与 第 2? 滚 筒 匹 配 , 并 使 D?l?略 大 于 D?2?, 从 而 使 得 n?l?!?n?2?, 以 达 到 电 机 功 率 分 配 均 衡 的 目 的 · 参 考 文 献 : [ l?] N?O?r?d?e?I?I? L? K?.? T?h?e? c?h?a?n?n?e?r? 2?O?k?m? O?v?e?r?I?a?n?d?-?A? f?I?a?g?s?h?i?p? O?f? m?O?d?e?r?n? b?e?I?t? c?O?n?v?e?y?O?r? t?e?c?h?n?O?I?O?g?y? [ J?] .? B?u?I?k? S?O?I?i?d?s? H?a?n?d?I?i?n?g?, l?9?9?l?, l?l? ( 4?) : 7?8?l? -? 7?9?2?.? [ 2?] H?a?r?r?i?s?O?n? A?, R?O?b?e?r?t?s? A? W?.? T?e?c?h?n?i?c?a?I? r?e?g?u?i?r?e?m?e?n?t?s? f?O?r? O?p?e?r?a?t?i?n?g? c?O?n?v?e?y? O?r? b?e?I?t?s? a?t? h?i?g?h? s?p?e?e?d? [ J?] .? B?u?I?k? S?O?I?i?d?s? H?a?n?d?I?i?n?g?, l?9?8?4?, 4? ( l?) : 9?9? -? l?O?4?.? [ 3?] 宋 伟 刚 , 邓 永 胜 , 彭 兆 行 , 等 · 大 型 带 式 输 送 机 起 动 过 程 的 仿 真 [ J?] · 东 北 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) , l?9?9?8?, l?9? ( 3?) : 3?l?2?-?3?l?S?· ( S?O?n?g? W? G?, D?e?n?g? Y? S?, P?e?n?g? Z? X?, e?t? a?l?.? S?i?m?u?I?a?t?i?O?n? O?f? t?h?e? s?t?a?r?t?i?n?g? p?r?O?c?e?s?s? O?f? b?e?I?t? c?O?n?v?e?y?O?r? [ J?] .? J?O?u?r?n?a?I? O?f? N?O?r?t?h?e?a?s?t?e?r?n? U?n?i?v?e?r?s?i?t?y? ( N?a?t?u?r?a?I? S?c?i?e?n?c?e?) , l?9?9?8?, l?9? ( 3?) : 3?l?2? -? 3?l?S?.?) [ 4?] 孙 可 文 · 带 式 输 送 机 的 传 动 理 论 与 设 计 计 算 [ M?] · 北 京 : 煤 炭 工 业 出 版 社 , l?9?9?l?.?8? -? 2?8?· ( S?u?n? K? W?.? T?r?a?n?s?m?i?s?s?i?O?n? t?h?e?O?r?y? a?n?d? d?e?s?i?g?n? c?a?I?c?u?I?a?t?i?O?n? i?n? b?e?I?t? c?O?n?v?e?y?O?r? [ M?] .?B?e?i?j?i?n?g?: C?O?a?I? I?n?d?u?s?t?r?y? P?r?e?s?s?, l?9?9?l?.?8? -? 2?8?.?) [ S?] 王 世 清 · 多 滚 筒 驱 动 长 距 离 胶 带 输 送 机 电 动 机 的 功 率 平 衡 [ J?] · 起 重 运 输 机 械 , l?9?8?2?, ( S?) : 2?O? -? 2?6?· ( W?a?n?g? S? O?.? P?O?W?e?r? b?a?I?a?n?c?i?n?g? b?e?t?W?e?e?n? m?O?t?O?r?s? i?n? I?O?n?g? d?i?s?t?a?n?c?e? b?e?I?t? c?O?n?v?e?y?O?r? W?i?t?h? d?O?u?b?I?e?-?d?r?u?m? d?r?i?v?e? [ J?] .? H?O?i?s?t?i?n?g? a?n?d? C?O?n?v?e?y?i?n?g? M?a?c?h?i?n?e?r?y?, l?9?8?2?, ( S?) : 2?O? -? 2?6?.?) [ 6?] 宋 伟 刚 · 散 状 物 料 带 式 输 送 机 设 计 [ M?] · 沈 阳 : 东 北 大 学 出 版 社 , 2?O?O?O?.?l?4?l? -? l?4?7?· ( S?O?n?g? W? G?.? D?e?s?i?g?n? O?f? b?u?I?k? s?O?I?i?d?s? b?e?I?t? c?O?n?v?e?y?O?r? [ M?] .? S?h?e?n?y?a?n?g?: N?O?r?t?h?e?a?s?t?e?r?n? U?n?i?v?e?r?s?i?t?y? P?r?e?s?s?, 2?O?O?O?.?l?4?l? -? l?4?7?.?) P?O?W?e?r? B?a?I?a?n?c?e? B?e?t?W?e?e?n? E?I?e?c?t?r?i?c?a?I? M?O?t?O?r?s? O?f? t?h?e? D?O?u?b?I?e? P?u?I?I?e?y?s? B?e?I?t? C?O?n?v?e?y?O?r? D?E?N?G? Y?O?n?g?-?S?h?e?n?g?l?, S?0?N?G? W?e?i?-?g?a?n?g?l?, Z?H?A?0? S?h?e?n?2? ( l?.? S?c?h?O?O?I? O?f? M?e?c?h?a?n?i?c?a?I? 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