基于MATLAB GUI长距离带式输送机平面转弯设计计算软件开发

曲高飞

摘要：本文从带式输送机平面转弯限制条件，以及给定结构参数情况下，各个托辊上载荷分配系数的计算出发，通过利用MATLAB所提供的GUI编程机制，并借助MATLAB符号工具箱，开发出一款用于长距离带式输送机平面转弯设计计算的软件。该软件包括确定输送机基本参数、转弯段托辊组结构情况下，转弯段最小半径计算，以及确定转弯半径、转弯段托辊组结构情况下，不同工况时输送带偏移量计算两个部分的功能。

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.

关键词：带式输送机;平面转弯;偏移量;MATLAB GUI

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

中图分类号：TH222                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）11-0268-03

0  引言

随着科技的快速发展和生产力水平的不断提高，大功率、高性能、大运量、长距离和可适应复杂地形已然成为了带式输送机的方向发展。以往的普通带式输送机难以适应地形、地物的变化，基于此，也就凸显出了自然导向平面转弯在长距离带式输送机应用上的重要价值。

1  平面转弯带式输送机转弯限制条件

长距离带式输送机平面转弯需满足以下三个条件[1]：

①弯曲处力的平衡条件（输送带偏移限制条件）;

②输送带应力、应变的限制条件（包括最大應力和最小应力）;

③输送带不离开外侧托辊。

长距离平面转弯带式输送机转弯段为曲线布置，于是产生向心合力？驻FT。由于向心合力的作用，输送带将发生偏移。为了避免偏移对输送机平稳运行造成不利影响，通过内曲线抬高角δ，旨在形成推力？驻FG;设置托辊安装角εi（i=1、2、3）产生摩擦力？驻FR;离心惯性力？驻Q;托辊的支持力及与运行方向相反的阻力？驻FW。图1为转弯段受力简图，图2为转弯段托辊结构截面布置图。

2  物料重力分配系数计算

2.1 物料与输送带接触宽度

输送物料所需截面积A：

式中：

A——物料横截面积，mm2;

？酌1——物料松散密度，t/m3;

qG——物料米重，kg/m。

假设物料堆积的表面为弧形表面，当内抬角γ=0时，3辊托辊组物料截面图如图3所示;当γ≠0时，3辊托辊组物料截面图如图4所示。

式中：

？茁——动堆积角。

由上式可以得到物料与输送带的接触宽度b=l0+2l1。

2.2 各辊子上物料重力分配系数的计算

假设输送过程中物料的截面积保持不变，且保持弧形表面。

根据图4建立坐标系，计算图中各点坐标，并由此得出弧形表面的函数表达式：

式中：

R——圆弧半径。

各部分的面积可以通过相应的圆弧和x轴构成的面积减去相应的三角形或者梯形面积得到：

所以，物料的重力分配系数：

2.3 输送带的重力分配系数的计算

假设输送带转弯过程中，物料的侧向偏移量为输送带侧向偏移量的一半。[2]

输送带的重力分配系数：

式中：

？驻——输送带偏移量，mm。

3  基于MATLAB GUI自然導向平面转弯计算流程

由上述平面转弯限制条件，以及物料重力分配系数推导公式，通过MATLAB GUI编程工具[3-6]实现平面转弯设计计算。通过界面输入皮带机基本参数和转弯段托辊组结构通过运行程序可以快捷、方便的计算满载、空载等极限条件，以及回程段带式输送机最小转弯半径;确定转弯半径后满载、空载工况以及回程段偏移量计算。

3.1 最小转弯半径计算

①计算重力分配系数：输入输送机参数、托辊结构参数，由式（10）计算物料在各托辊上的重力分配系数K1、K2、K3;由式（11）计算输送带在各托辊上的重力分配系数k1、k2、k3。由每米物料重量和每米输送带重量以及重力分配系数求物料与输送带综合重力分配系数：

式中：

q1——每米物料重量，kg/m;

q2——每米输送带重量，kg/m。

②由重力分配系数和输送机参数、托辊结构等参数，求得满足力平衡状态时转弯半径R1，满足输送带应力应变限制条件时转弯半径R2，满足输送带不离开外侧托辊时转弯半径R3。选取R1、R2、R3中的最大值为输送机的最小转弯半径。最小转弯半径计算流程如图5所示。

3.2 偏移量计算

引入偏移量参数？驻，向外曲线偏为“+”，内曲线偏为“-”，将参数代入物料重力分配系数公式（10），输送带重力分配系数公式（11）得到不同工况下含有偏移量？驻的重力分配系数。由重力分配系数、输送机参数、托辊结构参数以及选定转弯半径，得到不同工况时输送带的偏移量。偏移量计算流程如图6所示。

4  平面转弯软件应用及效果

平面转弯计算软件界面如图7所示。

在图7界面红框位置输入皮带机基本参数，它们分别为：输送量、输送带单位面积质量、物料松散堆积密度以及托辊组槽角、安装支撑角等。

参数输入完毕后，单击主界面右下角的“Run”按钮，软件即可自动计算出带式输送机转弯段满载转弯半径、空载时转弯半径、回程段转弯半径。

当确定转弯半径、托辊组结构情况下，通过点击“Run”按钮，可以得到转弯承载段满载、空载状态以及回程段输送带偏移量。

5  结论

本文以带式输送机平面转弯限制条件，以及给定结构参数情况下，各个托辊上的载荷分配系数的计算为基础，通过利用MATLAB所提供的GUI编程机制，并借助MATLAB符号工具箱，开发出平面转弯设计计算的软件。该软件用于长距离曲线带式输送机自然导向平面转弯半径、校核托辊结构选用以及输送带在不同工况下偏移量的计算。软件具有界面简洁，操作简单、易用的特点，其计算结果可以为工程设计提供一定的设计依据。

参考文献：

[1]宋伟刚，战悦晖，佟玲.平面转弯带式输送机结构参数计算方法[J].中国工程机械学报，2005，3（1）：36-40.

[2]杨靓.平面转弯带式输送机设计计算理论研究[D].2014.

[3]周品.MATLAB图像处理与图形用户界面设计[M].清华大学出版社，2013.

[4]陈杰.MATLAB宝典[M].电子工业出版社，2007.

[5]罗华飞.MATLAB GUI设计学习手记[M].北京航空航天大学出版社，2009.

[6]陈垚光.精通MATLAB GUI设计[M].电子工业出版社， 2008.