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機械手的給定工作區(qū)內(nèi)的一種 6 自由度并聯(lián)關(guān)鍵點三維設(shè)計方法
摘要：本文提出了在給定工作區(qū)內(nèi)一種6自由度的新三維設(shè)計新方法 。許多關(guān)鍵特性已經(jīng)進行運動學(xué)分析和拉格朗日乘數(shù)法。此外，在整個機械手的直接幾何關(guān)系中導(dǎo)出了參數(shù)。提出了設(shè)計方法，關(guān)于這些關(guān)鍵點特性具有很高的效率和準(zhǔn)確性。此外，避免了復(fù)雜機械手的工作空間和無量綱化推導(dǎo)分析從而可能讓這種方法的廣泛應(yīng)用。
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1 .導(dǎo)言
對并聯(lián)機器人的關(guān)注主要是發(fā)現(xiàn)他們有更好的承載能力，更好的剛度，和比串聯(lián)機器人更好的精度[1-4]。因此并聯(lián)機器人的研究已成為一個熱門的國際機器人研究領(lǐng)域?[5-9]。并聯(lián)機器人的設(shè)計過程是機械產(chǎn)品中最具有挑戰(zhàn)性的問題。設(shè)計機器人[10-12]的配置，機械臂的幾何參數(shù)應(yīng)由三維設(shè)計決定。引用?[13，14]?中提出的參數(shù)設(shè)計方法分別用于6 自由度歌賦型機器人和3自由度并聯(lián)機器人。
一般來說，最重要的設(shè)計目標(biāo)之一是讓機器人在給定工作區(qū)工作。到目前為止，有主要有兩種方法，根據(jù)給定的工作區(qū)的并聯(lián)機器人的幾何參數(shù)優(yōu)化設(shè)計。第一次使用多點來描述給定工作區(qū)，然后檢查機械手的每個點的設(shè)計要求是否符合參數(shù)[15-17]，與另一個邊界的機械手之間建立參數(shù)和工作區(qū)中的函數(shù)，然后確保給定工作區(qū)是機械手的工作空間邊界內(nèi)[18-22]。基于我們在這項研究發(fā)現(xiàn)的幾個關(guān)鍵問題，本文試圖探索給定的工作區(qū)6自由度并聯(lián)機器人新的三維設(shè)計方法。這種設(shè)計方法是快速的，它的結(jié)果是準(zhǔn)確的。
在我們以前的工作中，這種新型的6自由度并聯(lián)機構(gòu)中用到了?3-3'-PSS?配置。
與傳統(tǒng)?6-SPS?并聯(lián)機器人相比這?3-3'-PSS?并聯(lián)的機械臂性能允許更高的各向同性的、更大的旋轉(zhuǎn)范圍移動平臺，減少了身體慣性。
若要開始設(shè)計，應(yīng)清楚的描述所需的工作區(qū)。因為不能以圖形方式表示?6 維工作區(qū)，以人類可讀的方式，沒有一般的方法來分析確定的?6-D?工作區(qū)的邊界6 自由度并聯(lián)機器人，大多數(shù)文獻?[23-27]?將?6-D?區(qū)劃分為工作區(qū)的位置和方位工作空間。工作區(qū)的位置是指機械手的移動平臺可以達(dá)到一定的取向的空間。它可以容易地描述。方位工作空間是移動平臺可以實現(xiàn)在某一時刻的所有方向的集合。然而，由于旋轉(zhuǎn)角度的復(fù)雜性，方位工作空間很難確定和代表。考慮到我們并聯(lián)機械手的對稱性，簡明描述?6-D?區(qū)找到了種的三維設(shè)計。
本文的結(jié)構(gòu)如下。第二節(jié)介紹了建模的設(shè)計問題及運動學(xué)分析。第3節(jié)介紹如何找到關(guān)鍵點特征。第4節(jié)中，討論了設(shè)計方法及應(yīng)用。最后，第5節(jié)中總結(jié)發(fā)言。
2．模型的設(shè)計問題和力學(xué)分析
新的PSS '3-3并聯(lián)機器人的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它是由一個移動的平臺，一個固定基座，
和六個具有相同的幾何結(jié)構(gòu)支撐臂組成。四肢編號從1到6的每個肢體由一個棱柱形接頭，一個球形接頭和聯(lián)合空間綜合信息網(wǎng)絡(luò)球系列連接到固定基地到所述移動平臺。一個線性執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動的棱柱沿著固定軌道各肢的關(guān)節(jié)。關(guān)節(jié)Bi和關(guān)節(jié)Ai之間是長為Li的剛性連桿（I =1，...，6）
1，2，和3被設(shè)置成位于一水平面的PB它們的軸線四肢的三個線性致動器，且當(dāng)這些軸不交于一點時它們的軸之間的夾角為120°。這些軸與操縱器的對稱軸之間的距離是相同的，在這里我們使用一個參數(shù)來表示該距離。其他三個線性執(zhí)行器四肢4,5，和6被設(shè)置成垂直的軸線。關(guān)節(jié)的移動平臺A1?A6分布在中心對稱的半徑為a的一個圓上。這種操縱器的中心在平面PB的交叉點和操縱器的對稱軸上，在其上連接有固定笛卡爾參考幀-O {X，Y，Z}。固定框架y軸和z軸都在平面PB上，并且與操縱器的對稱軸的X軸重合。移動框架O'{X'，Y'，Z'}連接移動平臺O點“，這是指向位于圓心上的A1?A6。關(guān)于機械手是軸對稱的事實，移動臺處于初始位置時讓點O'與點O重合，從而操縱器的工作空間相對于固定框ò也是軸對稱。
設(shè)計的操縱器的幾何參數(shù)前，所需的工作空間應(yīng)明確說明。從前面的討論中可以看出，簡明地描述所需6-D的工作區(qū)是一個具有挑戰(zhàn)性的問題。在這個研究中，對移動臺的方向的說明，僅指示向量（顯示在圖2中），而不是繞其對稱軸旋轉(zhuǎn)而言。事實上，這是許多機床有著的同樣的情況。在此基礎(chǔ)上，我們使用一組特殊的歐拉角來表示的移動平臺的方向。移動平臺的首先由一個角度φ固定x軸，然后由角度θ固定z軸，最后由角φ固定x軸（圖2）。我們可以把旋轉(zhuǎn)矩陣簡單的寫成這種情況：
3.在給定的工作空間機器人的關(guān)鍵特征
在這項研究中，通過大量的計算，我們發(fā)現(xiàn)在qi最大范圍內(nèi)，盡管給定的工作區(qū)和操縱器的尺寸在改變，αBi和αAi總是發(fā)生在一定位置。這一特點對尺寸設(shè)計非常有幫助，所以我們稱這些位置為關(guān)鍵點。本節(jié)將證明理論上使用拉格朗日乘子的方法，建立關(guān)鍵點。
為了推廣，我們做了三維設(shè)計的相關(guān)參數(shù)量通過讓他們每個人用鋼筋混凝土進行劃分。因此，工作空間汽缸的無量綱半徑為1，并且其無量綱高度為2H。其中，H= HC / Rc。因此，基于該無量綱工作空間的尺寸設(shè)計的結(jié)果不能被直接當(dāng)作操縱器的幾何參數(shù)，除非由RC乘以它們所有（應(yīng)當(dāng)注意的是，在此過程中角度不影響）。由于機械手的配置兩肢體的人群有不同的關(guān)鍵特征。因此，兩肢組的特性，應(yīng)分別研究。
4.基礎(chǔ)的三維設(shè)計方法的關(guān)鍵點及其應(yīng)用
在上一節(jié)找到對應(yīng)的工作空間內(nèi)操縱的一些重要關(guān)鍵點的特征。其要點是極端位置，這將導(dǎo)致在給定的工作空間中操縱器的最壞運動學(xué)條件。如果操縱器可在關(guān)鍵點達(dá)到所需的運動學(xué)性能，那么這個運動性能將在給定的工作空間中保證每個點。這些特性可以被用于確定所述操縱器的幾何參數(shù)，從而在三維設(shè)計將具有非常高的效率和準(zhǔn)確性。對于這個關(guān)鍵點的設(shè)計方法的主要步驟如下：
1.描述所需的工作空間。研究了操縱器的工作任務(wù)，并計算出所需要的空間和方向。然后選擇與可以只達(dá)到要求的給定的工作空間有一定指向靈巧指數(shù)缸。如果所需的工作空間是復(fù)雜的，它可以被描述為多個同軸圓柱體具有不同指向靈巧指數(shù)與圖4所示。在這種狀態(tài)下，下面的設(shè)計步驟2-5，對于每個氣缸都應(yīng)進行，其結(jié)果應(yīng)結(jié)合作為最終的解決方案。
2.給定的工作空間量綱。對于每個氣缸，讓其半徑和高度由它自己的半徑進行劃分。
3.明確額外的設(shè)計要求和使用表1中找到所有需要的關(guān)鍵點。如果關(guān)節(jié)角的范圍沒有限制，可以與工作區(qū)保證的關(guān)鍵點或相應(yīng)的直接關(guān)系建立所述幾何參數(shù)的約束關(guān)系。（參考表1）。如果接頭角度是有要求限制的，應(yīng)與最大αBi和最大αAi的關(guān)鍵點或相應(yīng)的直接關(guān)系建立所述幾何參數(shù)的約束關(guān)系。（參考表 1）
4.確定的幾何參數(shù)。找到能滿足前面建立的步驟中的約束關(guān)系的適當(dāng)?shù)膮?shù)。這些約束關(guān)系，a和Li有許多可能的解決方案可以找到。一般最小的a和Li將導(dǎo)致操作者的最小量應(yīng)被選擇。應(yīng)當(dāng)注意的是，只有一個肢需要被確定給每個組，因為操作者是對稱。在一些情況下，a和Li可能有具有因工作任務(wù)的額外的限制，并且步驟可用于進一步優(yōu)化設(shè)計的約束關(guān)系。
5.獲得的a和Li應(yīng)應(yīng)乘以圓柱的半徑得到維數(shù)。然后他們可以作為機器人的幾何參數(shù)。
6.確定其余的幾何參數(shù)。
如果有多于一缸用于工作區(qū)說明，在第?5?步中得到的結(jié)果應(yīng)該作為一個相結(jié)合
解決方案。那就是，選擇的最大值和李之間所有氣缸的結(jié)果作為最后的解決辦法。因此，聯(lián)合解決方案：
能滿足各種約束關(guān)系的每個氣缸。在那之后，αBi?和?αAi?的范圍應(yīng)當(dāng)重新計算與最終解決方案的關(guān)鍵點船帆齊和最低氣或?（請參閱表?1）?的直接對應(yīng)關(guān)系，可以確定李和練習(xí)場。應(yīng)當(dāng)指出：所有氣瓶必須檢查在此過程中，其結(jié)果應(yīng)作為最后的結(jié)果相結(jié)合。
在這里，我們的項目用來證明該設(shè)計方法的應(yīng)用。我們所需的工作區(qū)可以用描述
筒?（缸?1）?與半徑為?600?毫米，高度為?800?毫米和?0 °?時，指向靈巧和氣缸（缸?2）?與半徑
200?毫米、?高度為?400?毫米和?30 °?的指點靈巧。各關(guān)節(jié)角度被限制為小于?45 °。此外，參數(shù)
需求大于?350?毫米將在移動平臺放置對象的尺寸和接頭的尺寸。為缸?1，與最大值?αBi?和最大值?αAi?的關(guān)鍵點，可以獲得參數(shù)的最小的解作為Li=1050?毫米?（i?=?1 2、 3）?和Li?=?850?毫米?（i?=?4,5,6）?而不是參與。油缸2，最小的解的參數(shù)可以作為發(fā)現(xiàn)?a=?350?毫米，Li=?1050?毫米?（i?=?1 2、 3）?和Li=?1000?毫米（i=?4,5,6）?與要點船帆?αBi?和最大值?αAi。結(jié)合這兩項結(jié)果，可以得到該機械手的最終解，作為?a=?350?毫米，Li=?1050?毫米?（i=
1 2、 3）?和Li=?1000?毫米?（ia=?4,5,6）。最后，為每個氣缸帶有計算的?αBi、αAi?和駕駛中風(fēng)最后的范圍相應(yīng)的關(guān)鍵點，然后結(jié)合。設(shè)計結(jié)果如表?2?所示。和與該機械手的原型
這些設(shè)計的幾何參數(shù)如圖?5?所示。
為了驗證這些設(shè)計結(jié)果的正確性，設(shè)計的機械手性能在給定工作區(qū)中有
已檢查。我們采取了一系列圓筒截面和離散他們成均勻離散點。每個這些離散點的取向也進行離散化處理。
然后聯(lián)合角度的值記錄在移動平臺達(dá)到每個位置和方向。
為清楚起見，都會選擇一些典型的數(shù)據(jù)并繪制在這部分中。當(dāng)設(shè)計的機械手工作缸?2?頂塊、?分布的?αBi?和?αAi組?1?所示圖?6?和?7分別。圖?8?和圖?9?顯示了同樣的情況，αBi?和?αAi?2?組。可以觀察到所有關(guān)節(jié)角度都小于45 °，并只是接近?45 °?腿各關(guān)節(jié)角度的最大值出現(xiàn)在的關(guān)鍵點。所有這些結(jié)果都是一致的。
本文分析研究并滿足要求
5.結(jié)論
本文對此提出了新的三維設(shè)計方法，為我們的新?' 3-3'-PSS?并聯(lián)機構(gòu)根據(jù)給定提出了工作區(qū)。這種方法基于幾個關(guān)鍵點，避免了機械手的復(fù)雜分析自己?6-D?區(qū)實際上并沒有一個統(tǒng)一的描述人類可讀的方式。關(guān)鍵點建立簡單的關(guān)系機械臂的幾何參數(shù)與工作區(qū)的要求。在此基礎(chǔ)，提出的設(shè)計方法已
非常高的效率和準(zhǔn)確性。
很多關(guān)鍵點特征已發(fā)現(xiàn)并在表?1?中列出。
要點是極端的立場,將導(dǎo)致最嚴(yán)重的機械手的運動學(xué)條件給定的工作區(qū)。運動學(xué)性能可以保證在整個工作區(qū),讓機械手實現(xiàn)性能的關(guān)鍵點。此外,一些直接運動學(xué)和幾何參數(shù)之間的關(guān)系已經(jīng)建立的空間設(shè)計。簡明地描述6 d工作區(qū),使設(shè)計要求很明顯,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了對稱描述給定的工作區(qū)。這個描述很容易理解和接近機械手的操作條件。因此,這種方法可以很容易地用在許多不同的情況。關(guān)鍵點是會導(dǎo)致極端的立場。
機械手在給定工作區(qū)中的最差運動學(xué)條件。運動學(xué)性能可以保證內(nèi)
給定工作區(qū)，讓整個機械手實現(xiàn)性能的關(guān)鍵點。此外，一些直接的關(guān)系
之間的運動學(xué)和幾何參數(shù)已經(jīng)被為三維設(shè)計建造。
簡要描述?6-D?區(qū)和清楚的設(shè)計要求，對稱的描述找到了給定工作區(qū)。此描述是機械手的非常容易理解和接近工況。其結(jié)果是，這種方法可輕松用于許多不同的情況。這種方法推導(dǎo)了特定類型的并行機制，但找到關(guān)鍵點的想法可能會用于其它并聯(lián)機構(gòu)的類型。核心問題是找到其職位訂明的工作區(qū)中是獨立的關(guān)鍵點。
隨著規(guī)模的訂明的工作區(qū)和機制。這通常需要訂明的工作區(qū)的形狀和機制的工作區(qū)有一些相似的特征如本例中的軸向?qū)ΨQ。在此研究中，任何其他軸對稱的形狀可以用于描述形狀的除了氣缸的給定工作區(qū)。重寫的約束方程拉格朗日方法，以及這些形狀的關(guān)鍵點，可以發(fā)現(xiàn)與本文類似的程序?？赡芎茈y找到關(guān)鍵點，但三維設(shè)計的并行機制會變得非常方便一旦它做了。如果機制是不對稱的,那么它應(yīng)當(dāng)指出的關(guān)鍵點應(yīng)分別為每個肢體找到。
提出的設(shè)計方法基于運動學(xué)。其實，關(guān)節(jié)角?αBi?和?αAi，本文主要研究有直接
雅可比矩陣，然后動態(tài)的關(guān)系?；谶@項工作，在不久的將來，將研究基于動力學(xué)的設(shè)計方法。
確認(rèn)
這項工作部分支持主要國家基本研究中國的發(fā)展計劃?（973?計劃）
（第?2013CB035501?號），和國家自然科學(xué)基金?（批準(zhǔn)號：?51335007）。
文獻資料
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塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計
前言
帶式運輸機是一種連續(xù)運輸?shù)臋C械，別廣泛的應(yīng)用在港口、電廠、鋼鐵企業(yè)、水泥、糧食以及輕工業(yè)的生產(chǎn)線，即可以運送散狀物料，也可以運送成件物品。本次運送的對象是散狀的紅棗，對于農(nóng)業(yè)產(chǎn)品來說機械化對其越來越重要了，也離不開機械化了，即省錢又省力，可見機械化對農(nóng)業(yè)的重要性。
在紅棗的運輸過程中，帶式輸送機的作用至關(guān)重要，其性能的好壞直接影響紅棗的效益。因此研究帶式輸送機對農(nóng)業(yè)類有著非常重要的意義。帶式輸送機的工作環(huán)境一般都比較惡劣，對帶式輸送機的性能要求也很高，在研究的同時，對其性能的分析與提高也是目前輸送行業(yè)不可缺少的重要部分。在本次設(shè)計中的帶式輸送機采用可調(diào)式的結(jié)構(gòu)，對帶式輸送機的工作環(huán)境惡劣的方面進行了一些改進。
帶式輸送機制造以其優(yōu)質(zhì)、高效、工藝適應(yīng)性廣的技術(shù)特色，深受制造業(yè)的重視，在農(nóng)業(yè)、煤礦業(yè)、工程運輸?shù)雀呒夹g(shù)領(lǐng)域一直有著廣泛的應(yīng)用。近些年，帶式輸送機又在其他一些產(chǎn)業(yè)部門表現(xiàn)出具有巨大的潛力和廣闊市場應(yīng)用前景。
12屆畢業(yè)設(shè)計
帶式紅棗上料和卸料系統(tǒng)設(shè)計
設(shè)計說明書
學(xué)生姓名
學(xué) 號
所屬學(xué)院 機械電氣化工程學(xué)院
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級
指導(dǎo)教師
日 期
塔里木大學(xué)教務(wù)處制
帶式紅棗上料和卸料系統(tǒng)設(shè)計小論文
摘要
本次畢業(yè)設(shè)計是關(guān)于礦用固定式帶式輸送機的設(shè)計。首先對膠帶輸送機作了簡單的概述；接著分析了帶式輸送機的選型原則及計算方法；然后根據(jù)這些設(shè)計準(zhǔn)則與計算選型方法按照給定參數(shù)要求進行選型設(shè)計；接著對所選擇的輸送機各主要零部件進行了校核。普通型帶式輸送機由六個主要部件組成：傳動裝置，機尾和導(dǎo)回裝置，中部機架，拉緊裝置以及膠帶。最后簡單的說明了輸送機的安裝與維護。目前，膠帶輸送機正朝著長距離，高速度，低摩擦的方向發(fā)展，近年來出現(xiàn)的氣墊式膠帶輸送機就是其中的一個。在膠帶輸送機的設(shè)計、制造以及應(yīng)用方面,目前我國與國外先進水平相比仍有較大差距,國內(nèi)在設(shè)計制造帶式輸送機過程中存在著很多不足。
本次帶式輸送機設(shè)計代表了設(shè)計的一般過程, 對今后的選型設(shè)計工作有一定的參考價值。
關(guān)鍵詞：帶式輸送機；選型設(shè)計；主要部件
Abstract
The design is a graduation project about the belt conveyor used in coal mine. At first, it is introduction about the belt conveyor. Next, it is the principles about choose component parts of belt conveyor. After that the belt conveyor abase on the principle is designed. Then, it is checking computations about main component parts. The ordinary belt conveyor consists of six main parts: Drive Unit, Jib or Delivery End, Tail Ender Return End, Intermediate Structure, Loop Take-Up and Belt. At last, it is explanation about fix and safeguard of the belt conveyor. Today, long distance, high speed, low friction is the direction of belt conveyor’s development. Air cushion belt conveyor is one of them. At present, we still fall far short of abroad advanced technology in design, manufacture and using. There are a lot of wastes in the design of belt conveyor.
Keyword: belt conveyor; Lectotype Design;main parts.
1輸送機張緊裝置的分類
張緊裝置可分為固定式張緊裝置和自動式張緊裝置兩大類。
(1)固定式張緊裝置。固定式張緊裝置分重錘式張緊裝置和剛性張緊裝置。重錘式、水箱式都屬于重力張緊裝置。重歷式張緊裝置始終使輸送帶初拉力保持恒定，在啟動制動時會產(chǎn)生上下振，但慣性力很快消失。剛性張緊裝置有螺旋張緊、手動或電動張緊裝置等幾種，它們的張緊力是固定不變的，不能自動調(diào)整，在安裝后，張緊一次可運行一段時間，但還要收緊一次，以消除蠕變。
(2)自動式張緊裝置。自動測力張緊裝置以張緊力作為反饋信號隨時間變化設(shè)定拉力，進行比較，并隨時調(diào)整張緊裝置的該向滾筒的位移。如啟動時會自動加大張緊力，運輸時恢復(fù)恒定拉力，對延長輸送帶壽命十分有利。
2帶式輸送機膠帶跑偏的原因與治理
帶式輸送機由于具有結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，并且維護方便，可以實現(xiàn)不同距離運送物料的要求等特點，因此，被廣泛應(yīng)用在礦山、冶金、電力、港口、煤炭等部門，是生產(chǎn)工程中最常用的一種輸送機械。但帶式輸送機在工作過程中會出現(xiàn)不同情況的問題，其中以膠帶在運行中跑偏最為常見。所謂膠帶跑偏，就是帶式輸送機在運轉(zhuǎn)過程中膠帶中心線脫離輸送機的中心線而偏向一邊的現(xiàn)象稱之為膠帶跑偏。
膠帶跑偏可能造成物料撒落和浪費，使膠帶的邊緣與機架相互磨損，使膠帶過早損壞，從而大大降低膠帶的使用壽命。膠帶又是輸送機的重要組成部分，其用量大價格較高，在整個輸送機的成本中占了很大的比重大約為50%。當(dāng)膠帶跑偏嚴(yán)重時膠帶將脫離托輥掉下來，或者發(fā)生膠帶劃破等嚴(yán)重事故，使帶式輸送機不能正常工作。由于生產(chǎn)過程的連續(xù)性和設(shè)備之間的聯(lián)鎖性，如果其中一條帶式輸送機發(fā)生故障，就會影響其他設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，造成整個生產(chǎn)過程的瓦解，因此，分析和研究帶式輸送機輸送膠帶跑偏的機理和原因，找出減小和消除膠帶跑偏現(xiàn)象的方法，在實際生產(chǎn)過程中具有重要意義。
在帶式輸送機中，由于輸送機膠帶既是牽引構(gòu)件，靠它來傳遞運動和動力，又是承載件，用來支承物料載荷。而在帶傳動中，傳動帶只是牽引構(gòu)件，用來傳遞運動和動力。在實際工作中，根據(jù)不同的工作條件，可以選用不同質(zhì)地的傳送帶，常用的傳送帶類型有：鋼絲芯帶、強力尼龍芯帶、橡膠帆布帶等。此處以平皮帶為例加以分析，圖1為平帶傳動原理圖。
傳送帶不工作時，由于傳送帶張緊在兩滾筒上，故傳送帶兩邊的拉力應(yīng)相等，都等于初拉力F0。當(dāng)傳送帶以順時針方向轉(zhuǎn)動工作時，緊邊拉力為F1，松邊拉力為F2。則傳送帶工作時的有效拉力Fe為
Fe=F1-F2。
如果近似地認(rèn)為傳送帶工作時的總長度保持不變，則傳送帶的緊邊拉力的增量，應(yīng)等于傳送帶松邊的減少量，
即 F0=(F1+F2)/2。
由上兩式可得 F1=F0+Fe/2，
F2=F0-Fe/2。
將柔韌體摩擦的歐拉公式F1= F2efa代入上式得
Fe0=2F0(efa-1)/(efa+1)。
式中： F0——輸送帶的初拉力；
F1——輸送帶的緊邊拉力；
F2——輸送帶的松邊拉力；
f——輸送帶與帶輪之間的摩擦系數(shù)；
a——帶在帶輪上的包角；
Fe0——帶所能傳遞的最大有效拉力。
由此可知：輸送帶的最大牽引力是與初拉力F0成正比的；最大牽引力隨著包角A的增大而增大；最大牽引力隨著摩擦系數(shù)的增大而增大。通常帶式輸送機膠帶的寬度較寬，這是由帶式輸送機的工作所決定的。因此，帶式輸送機的牽引力和初拉力在帶寬上的分布比較復(fù)雜，如果載荷在帶寬上分布不均勻，就會使輸送帶跑偏。因此，在其他參數(shù)一定的情況下，輸送膠帶是否跑偏，主要由輸送機的牽引力或初拉力在帶寬上的分布狀況決定。所有使力在輸送膠帶帶寬方向上發(fā)生偏載的因素，都是使輸送膠帶跑偏的原因。
3 帶式輸送機膠帶跑偏的原因
造成膠帶跑偏的原因很多，但其根本原因就是使膠帶的受力沿帶寬方向分布不均造成的，根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的實際情況，找出膠帶跑偏的主要原因有以下幾個方面。
(1) 輸送帶自身的質(zhì)量或制造質(zhì)量問題。如：邊緣成波紋狀，帶厚不均勻，或有小缺口等弊病。
(2) 輸送機的安裝方面存在問題。如：輸送機頭、尾部滾筒、托輥的軸線不平行；所有滾筒和托輥的軸線與輸送機機架的中心線不垂直；各落料點不在膠帶中心，使膠帶承載面上受力不均。
(3) 在粘接膠帶接口時，由于膠帶接頭不正，即接口與膠帶中心線不垂直造成膠帶受力不均而導(dǎo)致跑偏現(xiàn)象的發(fā)生。
(4) 托輥轉(zhuǎn)動不靈活，托輥太稀或連續(xù)缺托輥，使膠帶兩側(cè)受力不等。
(5) 清掃器不能充分發(fā)揮作用，造成物料粘結(jié)在托輥和改向滾筒上，使其形成了錐形或凸凹形狀，從而膠帶受到側(cè)向水平分力，發(fā)生跑偏。
其自動糾偏機理為：在膠帶跑正的情況下，A，B段鋼絲繩與拉緊小車架構(gòu)成了等腰三角形結(jié)構(gòu)，且A，B段鋼絲繩受力相當(dāng)。假如尾部膠帶向左側(cè)跑偏，膠帶中心線就會偏移拉緊滾筒長度上的中心線，拉緊小車因受膠帶相對偏斜力的反作用，而相應(yīng)產(chǎn)生順時針角偏斜趨勢，而由A，B段鋼絲繩及小車架構(gòu)成的等腰三角形就會遭到破壞，A段鋼絲繩(因增長的趨勢)成為緊邊，B段鋼絲繩(因縮短的趨勢)成為松邊，重錘力G在A段繩上分力大于B段，即G1>G2，即產(chǎn)生一對令拉緊小車逆時針偏轉(zhuǎn)的力偶。因此，在重錘與膠帶拉力的共同作用下，小車就會產(chǎn)生逆時針角偏轉(zhuǎn)，并向正中的趨勢發(fā)展，皮帶隨之跑正，A，B段鋼絲繩受力相當(dāng)，如圖2所示。
4 防止膠帶跑偏的主要措施
根據(jù)以上列舉的影響膠帶跑偏的眾多因素，可以采取適當(dāng)?shù)拇胧┘右苑乐埂?
(1) 邊緣成波紋狀，帶厚不均勻等膠帶自身制造過程中出現(xiàn)的問題，對于使用者來說，只有在選購膠帶時，選擇質(zhì)量好的產(chǎn)品。
(2) 提高安裝質(zhì)量，把膠帶跑偏控制在一定的范圍。
帶式輸送機安裝的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如下：
?頭尾機架中心線對輸送機縱向中心線不重合度不應(yīng)超過3mm。
?頭尾機架(包括拉緊架)安裝軸承座的2個平面應(yīng)在同一平面內(nèi)，其偏差不應(yīng)大于1mm。
?中間架支腿不垂直度或?qū)ㄖ锏孛娴牟淮怪倍炔粦?yīng)超過0.3%。
?中間架在鉛垂面內(nèi)的不直度應(yīng)小于1%。
?中間架接頭處，左右、高低的偏移均不超過1mm。
?中間架間距的偏差不應(yīng)超過±1.5mm，相對標(biāo)高差不應(yīng)超過間距的0.2%。
?托輥橫向中心與帶式輸送機縱向中心線的不重合度不應(yīng)超過3mm；托輥架的軸線應(yīng)與輸送機中心線垂直，有凹凸弧的膠帶應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求緩慢變向。
?帶式輸送機的傳動軸中心線與機架的中心線應(yīng)垂直，使傳動滾筒寬度的中心與機架的中心線重合，減速機的軸線與傳動軸線平行，同時，所有軸線和滾筒都應(yīng)找正，根據(jù)帶式輸送機的寬窄，軸的水平誤差可以在0.5至1.5mm。
(3) 對于膠帶接口不正的問題，除了加強人員的技術(shù)培訓(xùn)外，改善膠帶的粘接工藝，由過去的冷粘方式改為采用熱硫化膠階梯斜角形接頭方式。因為，斜角形接頭的接觸面積隨截斷角度的減小而增大，且斜角接頭在運轉(zhuǎn)時所受應(yīng)力不會集中在同一橫截面上，因此不易發(fā)生接頭開裂現(xiàn)象，同時易于對合準(zhǔn)確，并能較好地保證接頭處中心線和膠帶中心線保持一致，使其內(nèi)部受力均勻，防止運行中跑偏。
(4) 在管道卸料點處增加一緩沖調(diào)整板，該裝置不但可以對卸料點進行調(diào)整，還可以有效地將輸送的物料均勻堆卸在膠帶上，防止物料下落時對膠帶產(chǎn)生不均勻的側(cè)向力而導(dǎo)致膠帶跑偏。
(5) 對于輸送機由于托輥出現(xiàn)問題而導(dǎo)致膠帶跑偏的，除了及時更換、安裝、修理損壞的托輥外，還可以用以下措施進行糾正。即側(cè)托輥向輸送帶運行方向前傾防跑偏法。
5 使用中如何調(diào)整膠帶跑偏
在實際使用中，由于影響膠帶跑偏的因素很多，隨著各種情況的變化，仍可能會出現(xiàn)輸送膠帶的跑偏。膠帶跑偏的規(guī)律是：當(dāng)滾筒旋轉(zhuǎn)軸線與膠帶運行方向垂直時，膠帶向緊邊跑，即膠帶向滾筒直徑增大的方向跑；當(dāng)滾筒或托輥旋轉(zhuǎn)軸線與膠帶運行方向不垂直時，膠帶向滾筒或托輥先接觸的那邊跑。
掌握好了這個規(guī)律，工作中出現(xiàn)膠帶跑偏現(xiàn)象時，應(yīng)首先分析其原因，找出主要原因后，再動手調(diào)整，不要盲目行事。
調(diào)整膠帶跑偏的工作應(yīng)在空載運轉(zhuǎn)時進行，一般從輸送機頭部卸載滾筒開始，沿著膠帶運行方向先調(diào)整回程段，后調(diào)整承載段，切忌多人同時動手，每調(diào)整一次以后都要讓膠帶運行幾圈后才能決定是否需要再調(diào)整。在滾筒處跑偏，可以調(diào)整滾筒，在其他地方跑偏，就調(diào)整托輥。調(diào)整托輥應(yīng)在一側(cè)，切勿兩側(cè)同時調(diào)，調(diào)整換向滾筒和托輥時的一般原則如圖3所示。在換向滾筒處膠帶往哪邊跑即調(diào)緊哪邊。
如圖3a所示；在托輥處膠帶往哪邊跑就在哪邊將托輥朝膠帶運動方向偏轉(zhuǎn)一個角度，但一次不能調(diào)得太多，要根據(jù)膠帶運動情況適當(dāng)調(diào)整，如圖3b所示。
6 結(jié)束語
以上綜述了有關(guān)膠帶跑偏的機理、產(chǎn)生的原因、防止跑偏的措施以及使用者如何調(diào)整膠帶跑偏，在以后的生產(chǎn)實踐中如能對這一問題引起足夠的重視，并能認(rèn)真地在日常的維護中做好膠帶跑偏工作，則對提高帶式輸送機的設(shè)備完好率和使用壽命都會產(chǎn)生明顯的影響。輸送機時橡膠和纖維織品兩者復(fù)合而成的制品，在應(yīng)用中的重錘張進裝置，在運行一段時間后，重錘會自動下降一段距離，使輸送帶變長。這說明輸送帶發(fā)生了蠕變，在啟動、制動過程中也會產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象。此時張緊裝置就必須進一步收縮才不會發(fā)生打滑現(xiàn)象。
由此可見，張緊裝置是保證帶式輸送機正常運轉(zhuǎn)必不可少的重要部件。該論文主要介紹了帶式輸送機的自動張緊裝置的設(shè)計過程，詳細(xì)的介紹了各個液壓元件的選取。自動張緊裝置的設(shè)計是張緊裝置的設(shè)計的一個重大變革。