带式输送机托辊的旋转阻力外文翻译资料

 2022-10-25 02:10

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带式输送机托辊的旋转阻力

作者:克雷格惠勒 纽卡斯尔大学工程学院 副教授

在带式输送机托辊的主要功能是支持沿其长度的输送带。预测托辊是非常重要的累积性的重要计算皮带,因此一个系统的功率要求,尤其是在很远的传送带那里通常超过一千每公里皮带托辊。由于轴承中滚动体的摩擦、润滑油的粘性阻力以及接触唇密封的摩擦,产生了旋转阻力。本文提供的理论方法来计算每个组件的旋转阻力,并介绍了一种装置,用于测量这种阻力在模拟操作条件下的影响。

  1. 引言

阻力通常有助于长水平帯式传送运动阻力的5%和15%之间。虽然这可能被认为是一个比较小的贡献,但当考虑到带式输送机系统的许多公里的长度时,准确地确定该电阻是至关重要的,从而适当选择皮带驱动。

托辊的旋转阻力主要取决于密封型和配置,轴承的类型、TEM -润滑油的温度,和托辊的转速。接触唇密封和润滑脂填充迷宫密封形式的束缚元是防止灰尘和水进入轴承的滚动元件。迷宫密封件通常用润滑脂来优化密封的效率,从而使旋转和固定表面之间的润滑脂的剪切产生粘性阻力。外接触密封唇是通常形式的外部控制污染物进入迷宫密封的主要边界,而内密封唇和含有润滑脂则在轴承里。内部和外部接触唇密封增加了托辊的密封机构的自然转动阻力。除了与密封性能,传统的托辊采用滚动轴承,摩擦主要取决于轴承的类型和尺寸、运行速度、性能和油量,一个较小的程度上,在托辊的情况下负载,滚动轴承的总电阻是由滚动轴承和滑动轴承和导轨表面之间的滚动和滑动摩擦同时还有润滑油的内部摩擦所构成的。

在对托辊的旋转阻力的因素研究时首先要详细调查卷所涉及的各种实验研究的不同密封方法和轴承配置进行计算。测试进行的测量装置,支承托辊刀口轴支持虽然这是从上面的橡胶轮驱动,但是林贝格得出一个经验近似在传送带的速度和直径的托辊上后。在最近的研究理论的基础上,计算近似轴承空载和负载电阻在润滑油粘度、皮带速度上提供了条件,和托辊直径。

本文提出了一种理论的近似计算托辊的旋转阻力,除了测量装置测量模拟工况下的阻力。迷宫密封粘性阻力的贡献是近似计算所需的扭矩剪切的润滑脂,使用牛顿流体的力动量平衡。滚动轴承的旋转阻力近似匹配计算空载和负载力矩作用,而接触密封唇的阻力是派生的经验公式计算。除了提供的旋转阻力理论近似,给出了测量模拟操作条件下商业托辊旋转阻力实验装置。该装置使每一个组件有助于旋转电阻单独进行测量和比较同时理论预测。

  1. 理论预测

为了从理论上预测了托辊的旋转阻力,每个有助于电阻元件是单独计算公式。对于抗旋转性的主要组成进行了分析,主要包括由于剪切的油脂在迷宫密封的粘性阻力,从空载和负载依赖的时刻产生的滚动轴承的摩擦力矩,和旋转阻力的接触唇密封。

2.1迷宫密封粘性阻力

润滑脂填充密封形成一个关键的边界之间的灰尘和水进入轴承的滚动元件。对迷宫密封的乌苏盟友充分填充润滑脂的密封效率优化。同时对于润滑脂润滑起着双重作用,滚动元件轴承提供一个有效性密封,从污染物的侵入开始。迷宫由一个固定部分安装在托辊轴和一个旋转部分安置在托辊壳。托辊密封通常可以分为两类。润滑脂的密封层可以沿图1,或垂直于轴的轴,如图2所示。

图1典型的迷宫密封结构:(a)轴向排列的迷宫和(b)径向排列的迷宫密封

图2轴向排列的迷宫密封的简化分析

2.1.1轴向密封装置

轴向密封装置的示意图如图1(a)可以简化分析,忽略了磁盘的端部效应和考虑安排若干个同心圆筒。在每一层的迷宫,会有一个固定的表面固定到轴和一个旋转表面附着的托辊壳。图2示意性地示出了简化分析的细节在密封和润滑油之间的界面力平衡。在微量的力矩是由于迷宫密封的粘性阻力,X是托辊的角速度,和S是剪应力作用于油脂的元素。下标代表同心表面标记从中心向外。

在正常工作条件下,润滑脂可以被认为是牛顿流体。为牛顿流体的一维平面流动的力动量平衡方程:

剪应力作用在流体上的YX元素进行剪切率du/dy,其中U是速度的油脂和Y的位置。比例常数是绝对的,或动态粘度u.当考虑旋转同心圆柱性情商的模拟(1)为圆柱系的X是在半径考虑润滑脂的详细图2层油脂元角速度,当半径R1代表固定的内表面半径R2的旋转同心面,然后满足轴的中心线平衡

因此

代入式(4) 代入式(2)给出了

从图2所示的瞬间,由于迷宫密封的粘性阻力引起的力矩试验

可得

代入式(7)代入式(5)给出了

在内壁的R1,油脂是固定的,而在R2润滑脂是在托辊,因此角速度运动

因此

提供润滑脂的粘度是CON -常数在迷宫密封,由于粘性阻力作用的总力矩

在哪里是同心的迷宫表面的数目。由于迷宫密封的粘性阻力矩作用的力矩可以表示为累积级数

每托辊作用由于的迷宫密封阻力的阻力,F实验室由下式给出

其中D是托辊直径。

2.1.2轴向密封装置

像先前描述的密封装置,径向密封的方法也可以被简化为分析忽略的磁盘的端部效应,并考虑每个分部的油脂作为单个磁盘。如前所述,在每一层的迷宫会有一台元表面固定到轴和一个旋转表面附着的托辊壳。图3示意性地示出了简化分析和细节的作用在密封和润滑油之间的界面一段迷宫的力平衡。

在径向距离的润滑脂层的切向速度可以近似为

假设油脂是牛顿流体,由方程(1)的剪切应力作用于固定盘的表面是由

因此,代理由于粘性阻力矩Mlab可以表示为

因此

提供的润滑脂的动态粘度是恒定的,在整个迷宫密封,总力矩,由于粘性阻力可能表示为:

迷宫表面的数目。这一刻可以表示为系列:

图3径向排列的迷宫密封件简化分析

每个托辊作用由于的迷宫密封阻力的阻力,也就是松弛由式(13)可知。

2.1.3流动稳定性

当考虑轴向密封装置如图2详细,如果指定的R2的迷宫外表面旋转,然后离心力作用稳定流。科特稳定性判据给出了公式为:

在哪个地方p是油脂密度。在迷宫内表面旋转的离心力是不太稳定的,和普朗特的表达的关键的旋转速率是由

由于旋转的内表面的不稳定的影响,后者的标准将提供的限制旋转速度,在美国证券交易委员会给出的理论。2.1.1可以应用。

当考虑径向密封装置图3详细,对转速的上限标准是由公式为:

总之,上述标准是符合常规的输送机托辊尺寸操作在典型的带速度和润滑油粘度。

2.2球和滚子轴承摩擦

纯滚动轴承的主要优点是滚动轴承的摩擦比滑动摩擦小。轴承摩擦在球和滚子轴承的产生是由于在接触区形成的磁滞。在接触区域内的压力分布是非对称的,因为表面压力是领先的滚动元件的中心线比滞后的中心线。由于在接触区的压力不平衡而产生的弹性振动的阻尼也增加了轴承摩擦。局部缺陷进一步增加滚动摩擦,由于材料缺乏,赫兹接触系数的变化,接触力方向由于滚道曲率的变化而变化。帕尔姆格伦指出,以下因素影响摩擦力矩的滚珠轴承和滚柱轴承:

(1)轴承材料及其表面光洁度

(2)物理设计和轴承的尺寸

(3)滚动体单元中的轴承载荷和载荷分布

(4)转速

(5)润滑脂数量

(6)工作温度下润滑脂的特性

输送机托辊轴承一般用润滑脂润滑的由于相对较低的运行速度和延长使用寿命的轴承预包装能力。该润滑脂作为一个负载传递元件,以防止金属之间的滚动元件之间的接触,因此,滚动元件的流体力学和边界润滑相结合的经验。总摩擦力矩轴承在托辊从空载和负载相关的力矩的总和确定。用润滑脂润滑轴承的摩擦损失空载条件下难以准确预测,但是,对空载摩擦力矩M0的近似给出的公式为:

假如:

这是适用于典型的皮带输送机的应用。在这里v是润滑脂的运动粘度并且s是轴承的旋转速度。动态粘度u和运动粘度v之间的关系为:

P表示油脂的密度。运动粘度又称为基础油的粘度,通常用cSt表示(IcSt=1x10-6 m2/s)此外,dm表示轴承的平均直径。

d1代表轴承的内径同时d0代表轴承的外径。此外f0在公式23中出现,是根据轴承设计及润滑方法而定的因素:

f0=1.5-2.0(单排深槽球轴承)

f0=3.0-4.0(单列圆锥滚子轴承)

这是推荐的f0值,在咨询轴承制造商的选择。

负载相关的摩擦力矩M1,由于滑动阻力和滞后的轴承元件电阻,由公式为:

典型的带式输送机托辊的轴向负荷,在操作条件下可以忽略不计,因此负载确定摩擦力矩P1,为单列深沟球轴承和单列圆锥滚子轴承

Fr是动轴承载荷的径向分量。负载依赖摩擦因子为f1,所有单列圆锥滚子轴承是:

而62系列深沟球轴承的f1为:

63系列深槽球轴承:

C0是额定静载荷的轴承制造商和P0给出当量静负荷

X0是根据轴承的径向因子设计。X0=0.6为单列深沟球轴承。

每个轴承总摩擦力矩Mbrg可以通过添加空载力矩M0和负载力矩M1决定:

每个托辊作用由于轴承的滚动阻力Fbrg阻力由下式给出:

其中D是托辊直径。

2.3唇封阻

外唇密封形成了外部污染物进入迷宫密封的主要边界,而内唇密封包含轴承内的润滑脂。大多数的唇形密封件用于托辊是由丁腈橡胶,或类似的化合物。外唇密封件通常固定在轴上,并与迷宫密封件的外表面摩擦,而无需任何润滑,而内部唇密封件(如果存在)的设计在制造商之间有明显差异。为了近似的电阻旋转,由于唇密封,下面的方程来自一个图形表示的接触唇密封的功率损耗。力的作用由于阻力的唇形密封旋转Fls近似于:

dls是唇形密封的接触直径。方程(35)应该只考虑一个近似由于大量的各种唇密封设计和配置,除了没有任何温度校正因子,或干或润滑的接触面余量。

2.4最小开机转矩

分离扭矩,或起动力矩、摩擦力矩是启动所需的托辊旋转从静止位置。分离扭矩可以大大高于运行值由于从静态到动态摩擦过渡。滚动轴承的起动转矩约为深槽球轴承的载荷依赖性摩擦力矩的两倍,并高达四倍以上的圆锥滚子轴承。在对起动转矩的影响,需要注意的是,考虑到整个皮带输送机由于带的弹性很重要,并不是所有的托辊立刻出发,从而降低了效果时间。

3试验性测量

虽然可以从理论上预测一个托辊的旋转阻力,在许多情况下,一个更准确的结果是必需的,这只能通过直接测量的实现。在模拟操作条件下,如等效带速度、垂直载荷和环境温度,可以测量电阻的可能性。

几个标准存在衡量托辊的旋转阻力除了几个制造商的方法。推荐的测量方法和SABS出版物是一样的喧嚣,与后者的第一标准采用的测量原理。一个旋转的磁盘直接位于上方的托辊驱动辊施加250 N的垂直载荷。对托辊轴支撑在一个支点是限制的杠杆臂的旋转。从杆的长度和杠杆臂末端的受力来计算旋转阻力。在这两种情况下,刚性驱动轮容易产生振动,由于径向跳动对托辊的测量装置,它是衡量一个总指标用完。托辊生产厂家也采用不同的测量方法,其范围从使用车床卡盘和测量扭矩保持轴固定旋转托辊壳,旋转轴,在测量制动力要求持有壳固定。后者的方法有没有模拟的垂直载荷的缺点。

图4详细的测试设备开发的惠勒测量模拟工况下的带式输送机托辊的旋转阻力一个平带是用来驱动辊和应用垂直载荷。托辊被支撑在刀刃支持,使垂直力在轴的两端使用荷载梁独立测量。衣领上的托辊轴,在刀刃上休息的支持和允许轴自由旋转刀刃两端。对托辊的旋转阻力测量使用4.5公斤(10磅)容量负荷梁措施要求持有固定扭矩轴。平面传动带采用垂直载荷和驱动转矩的惰轮通过变速驱动,可加速到所需的带速为代表的输送机的起动特性。平皮带传动有阻尼振动的径向诱导的好处用完的托辊。竖向荷载由转动质量提供载体,可以应用在任何位置沿托辊长度自托辊轴支撑在测试过程中可以自由地沿加工表面滑动地锁定到位。该设备可以接受托辊达1250毫米长,178毫米oslash;。测量装置的照片如图5所示。

测量装置安装在温度控制室内环境温度可以设置为-10℃到 50 ℃之间。此外,轴承温度在托辊可采用热电偶位于下方的轴承内圈的监测。在个人计算机上使用数据采集卡记录测量设备的数据。测量通常是在100赫兹的

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