基于MATLAB GUI長距離帶式輸送機(jī)平面轉(zhuǎn)彎設(shè)計計算軟件開發(fā)

曲高飛

摘要：本文從帶式輸送機(jī)平面轉(zhuǎn)彎限制條件，以及給定結(jié)構(gòu)參數(shù)情況下，各個托輥上載荷分配系數(shù)的計算出發(fā)，通過利用MATLAB所提供的GUI編程機(jī)制，并借助MATLAB符號工具箱，開發(fā)出一款用于長距離帶式輸送機(jī)平面轉(zhuǎn)彎設(shè)計計算的軟件。該軟件包括確定輸送機(jī)基本參數(shù)、轉(zhuǎn)彎段托輥組結(jié)構(gòu)情況下，轉(zhuǎn)彎段最小半徑計算，以及確定轉(zhuǎn)彎半徑、轉(zhuǎn)彎段托輥組結(jié)構(gòu)情況下，不同工況時輸送帶偏移量計算兩個部分的功能。

Abstract： This article starts from the calculation of the belt conveyor's plane turning limit conditions and the calculation of the load distribution coefficient on each idler roller under the given structural parameters. By using the GUI programming mechanism provided by MATLAB and using the MATLAB symbol toolbox， a software for the design and calculation of long-distance belt conveyor plane turning is produced. The software includes the determination of the basic parameters of the conveyor， the calculation of the minimum radius of the turning section in the case of the structure of the roller section of the turning section， and the calculation of the two part of the function of the conveyor belt offset in different conditions under the determination of the turning radius and the structure of the roller group in the turning section.

關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī);平面轉(zhuǎn)彎;偏移量;MATLAB GUI

Key words： belt conveyor;horizontal curves;offset value;MATLAB GUI

中圖分類號：TH222? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）11-0268-03

0? 引言

隨著科技的快速發(fā)展和生產(chǎn)力水平的不斷提高，大功率、高性能、大運量、長距離和可適應(yīng)復(fù)雜地形已然成為了帶式輸送機(jī)的方向發(fā)展。以往的普通帶式輸送機(jī)難以適應(yīng)地形、地物的變化，基于此，也就凸顯出了自然導(dǎo)向平面轉(zhuǎn)彎在長距離帶式輸送機(jī)應(yīng)用上的重要價值。

1? 平面轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)彎限制條件

長距離帶式輸送機(jī)平面轉(zhuǎn)彎需滿足以下三個條件[1]：

①彎曲處力的平衡條件（輸送帶偏移限制條件）;

②輸送帶應(yīng)力、應(yīng)變的限制條件（包括最大應(yīng)力和最小應(yīng)力）;

③輸送帶不離開外側(cè)托輥。

長距離平面轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)彎段為曲線布置，于是產(chǎn)生向心合力？駐FT。由于向心合力的作用，輸送帶將發(fā)生偏移。為了避免偏移對輸送機(jī)平穩(wěn)運行造成不利影響，通過內(nèi)曲線抬高角δ，旨在形成推力？駐FG;設(shè)置托輥安裝角εi（i=1、2、3）產(chǎn)生摩擦力？駐FR;離心慣性力？駐Q;托輥的支持力及與運行方向相反的阻力？駐FW。圖1為轉(zhuǎn)彎段受力簡圖，圖2為轉(zhuǎn)彎段托輥結(jié)構(gòu)截面布置圖。

2? 物料重力分配系數(shù)計算

2.1 物料與輸送帶接觸寬度

輸送物料所需截面積A：

式中：

A——物料橫截面積，mm2;

？酌1——物料松散密度，t/m3;

qG——物料米重，kg/m。

假設(shè)物料堆積的表面為弧形表面，當(dāng)內(nèi)抬角γ=0時，3輥托輥組物料截面圖如圖3所示;當(dāng)γ≠0時，3輥托輥組物料截面圖如圖4所示。

式中：

？茁——動堆積角。

由上式可以得到物料與輸送帶的接觸寬度b=l0+2l1。

2.2 各輥子上物料重力分配系數(shù)的計算

假設(shè)輸送過程中物料的截面積保持不變，且保持弧形表面。

根據(jù)圖4建立坐標(biāo)系，計算圖中各點坐標(biāo)，并由此得出弧形表面的函數(shù)表達(dá)式：

式中：

R——圓弧半徑。

各部分的面積可以通過相應(yīng)的圓弧和x軸構(gòu)成的面積減去相應(yīng)的三角形或者梯形面積得到：

所以，物料的重力分配系數(shù)：

2.3 輸送帶的重力分配系數(shù)的計算

假設(shè)輸送帶轉(zhuǎn)彎過程中，物料的側(cè)向偏移量為輸送帶側(cè)向偏移量的一半。[2]

輸送帶的重力分配系數(shù)：

式中：

？駐——輸送帶偏移量，mm。

3? 基于MATLAB GUI自然導(dǎo)向平面轉(zhuǎn)彎計算流程

由上述平面轉(zhuǎn)彎限制條件，以及物料重力分配系數(shù)推導(dǎo)公式，通過MATLAB GUI編程工具[3-6]實現(xiàn)平面轉(zhuǎn)彎設(shè)計計算。通過界面輸入皮帶機(jī)基本參數(shù)和轉(zhuǎn)彎段托輥組結(jié)構(gòu)通過運行程序可以快捷、方便的計算滿載、空載等極限條件，以及回程段帶式輸送機(jī)最小轉(zhuǎn)彎半徑;確定轉(zhuǎn)彎半徑后滿載、空載工況以及回程段偏移量計算。

3.1 最小轉(zhuǎn)彎半徑計算

①計算重力分配系數(shù)：輸入輸送機(jī)參數(shù)、托輥結(jié)構(gòu)參數(shù)，由式（10）計算物料在各托輥上的重力分配系數(shù)K1、K2、K3;由式（11）計算輸送帶在各托輥上的重力分配系數(shù)k1、k2、k3。由每米物料重量和每米輸送帶重量以及重力分配系數(shù)求物料與輸送帶綜合重力分配系數(shù)：

式中：

q1——每米物料重量，kg/m;

q2——每米輸送帶重量，kg/m。

②由重力分配系數(shù)和輸送機(jī)參數(shù)、托輥結(jié)構(gòu)等參數(shù)，求得滿足力平衡狀態(tài)時轉(zhuǎn)彎半徑R1，滿足輸送帶應(yīng)力應(yīng)變限制條件時轉(zhuǎn)彎半徑R2，滿足輸送帶不離開外側(cè)托輥時轉(zhuǎn)彎半徑R3。選取R1、R2、R3中的最大值為輸送機(jī)的最小轉(zhuǎn)彎半徑。最小轉(zhuǎn)彎半徑計算流程如圖5所示。

3.2 偏移量計算

引入偏移量參數(shù)？駐，向外曲線偏為“+”，內(nèi)曲線偏為“-”，將參數(shù)代入物料重力分配系數(shù)公式（10），輸送帶重力分配系數(shù)公式（11）得到不同工況下含有偏移量？駐的重力分配系數(shù)。由重力分配系數(shù)、輸送機(jī)參數(shù)、托輥結(jié)構(gòu)參數(shù)以及選定轉(zhuǎn)彎半徑，得到不同工況時輸送帶的偏移量。偏移量計算流程如圖6所示。

4? 平面轉(zhuǎn)彎軟件應(yīng)用及效果

平面轉(zhuǎn)彎計算軟件界面如圖7所示。

在圖7界面紅框位置輸入皮帶機(jī)基本參數(shù)，它們分別為：輸送量、輸送帶單位面積質(zhì)量、物料松散堆積密度以及托輥組槽角、安裝支撐角等。

參數(shù)輸入完畢后，單擊主界面右下角的“Run”按鈕，軟件即可自動計算出帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)彎段滿載轉(zhuǎn)彎半徑、空載時轉(zhuǎn)彎半徑、回程段轉(zhuǎn)彎半徑。

當(dāng)確定轉(zhuǎn)彎半徑、托輥組結(jié)構(gòu)情況下，通過點擊“Run”按鈕，可以得到轉(zhuǎn)彎承載段滿載、空載狀態(tài)以及回程段輸送帶偏移量。

5? 結(jié)論

本文以帶式輸送機(jī)平面轉(zhuǎn)彎限制條件，以及給定結(jié)構(gòu)參數(shù)情況下，各個托輥上的載荷分配系數(shù)的計算為基礎(chǔ)，通過利用MATLAB所提供的GUI編程機(jī)制，并借助MATLAB符號工具箱，開發(fā)出平面轉(zhuǎn)彎設(shè)計計算的軟件。該軟件用于長距離曲線帶式輸送機(jī)自然導(dǎo)向平面轉(zhuǎn)彎半徑、校核托輥結(jié)構(gòu)選用以及輸送帶在不同工況下偏移量的計算。軟件具有界面簡潔，操作簡單、易用的特點，其計算結(jié)果可以為工程設(shè)計提供一定的設(shè)計依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋偉剛，戰(zhàn)悅暉，佟玲.平面轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)計算方法[J].中國工程機(jī)械學(xué)報，2005，3（1）：36-40.

[2]楊靚.平面轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)設(shè)計計算理論研究[D].2014.

[3]周品.MATLAB圖像處理與圖形用戶界面設(shè)計[M].清華大學(xué)出版社，2013.

[4]陳杰.MATLAB寶典[M].電子工業(yè)出版社，2007.

[5]羅華飛.MATLAB GUI設(shè)計學(xué)習(xí)手記[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2009.

[6]陳垚光.精通MATLAB GUI設(shè)計[M].電子工業(yè)出版社， 2008.