CN109250454A - 一种基于功能理论的柔性体输送尾部保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于功能理论的柔性体输送尾部保护方法，本发明使用了传送机构、柔性体以及传送机构，本发明基于摩擦功能理论，建立了柔性体在传送机构上运动至接送机构上的动力方程，解析出采用传送机构输送柔性体整体至接送机构表面上时所需传送机构的最小线速度，实现柔性体尾部输送恰好全部到达接送机构上，并与接送机构末端不发生碰撞，保证柔性体尾部在输送过程中得到保护。与此同时，解决了工程实际中依据经验估算传送机构最小速度的技术问题，为优化传送机构设计提供理论依据。运输作业时采用该种传送形式对柔性体进行运移，使得柔性体的尾部不被损坏且作业效果良好，该分析模型也可用于工程运输、动力设计等方面，具有实际推广应用意义。

Description

一种基于功能理论的柔性体输送尾部保护方法

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，特别涉及一种基于功能理论的柔性体输送尾部保护方法。

背景技术

近年来，随着工业技术不断发展，柔性体运输以及输送可靠方面的研究越来越受到本领域技术人员重视。其中在工程运输、动力设计上经常会遇到相同的技术问题，例如使用线性体拖带变质量物体需要进行高速运动或者抛物线运动，由于尾部的拖带物体密度与线性体不相同，从而会在线性体尾部和拖带物体上出现甩尾现象，即线性体尾部会产生冲击过载，其尾部和拖带物体将承受冲击载荷作用，特别是速度较高时，甩尾现象更加明显，并且拖带物体和线性体的密度差异越大时，冲击过载情况则更加严重，极为容易造成线性体和拖带物体损坏，另外柔性体通过高速输送的传送机构转移至接送机构表面时，由于材质、传送机构动力等问题，容易使柔性体不能完全被转移至接送机构表面，造成柔性体尾端经常会有剩余长度在接送机构外部，最终影响柔性体输送作业效果。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种基于功能理论的柔性体输送尾部保护方法，旨在解决工程实际中依据经验估算传送机构最小速度的技术问题，并且优化传送机构设计提供理论依据。

为实现上述目的，本发明提出的一种基于功能理论的柔性体输送尾部保护方法，所述方法使用传送机构、柔性体以及传送机构，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：柔性体首先到达匀速运输的传送机构末端并保持与所述传送机构相同的初始速度V₀做匀速运送；

步骤S2：所述柔性体以匀速速度V₀逐渐转移至接送机构表面，所述柔性体部分接触所述接送机构后开始出现减速滑动状态；

步骤S3：所述柔性体逐渐脱离所述传送机构的末端并直至所述柔性体与所述接送机构尾端相差L₀距离的无驱动状态；

步骤S4：所述柔性体整体完全转移至所述接送机构表面。

优选地，所述步骤S1中，所述柔性体与所述传送机构之间无相对滑动，所述传送机构以静摩擦力驱动所述柔性体随所述传送机构运动且两者线速度相等。

优选地，所述步骤S2中，所述柔性体部分逐渐转移至所述接送机构表面时，所述柔性体位于所述传送机构表面的部分受所述传送机构静摩擦作用力驱动，并保持与所述传送机构相同线速度V₀前进，所述柔性体在所述接送机构上受到的摩擦阻力F₂超过所述柔性体在所述传送机构上受到的最大静摩擦力F₁时，所述柔性体和所述传送机构之间出现滑动并开始减速。

优选地，所述柔性体为均匀分布的连续体且各点处性质相同，所述传送机构末端与所述接送机构首端之间距离为L₀，取垂直于所述柔性体X方向进行分析，设所述柔性体质量为M，总长为L，所述传送机构对所述柔性体的最大静摩擦力F₁为：

式中，f₁表示所述柔性体在所述传送机构上单位长度所承受的摩擦力，单位为N/m；L₁表示所述柔性体在所述传送机构上长度，单位为m；g表示重力加速度，取9.8m/s²；μ₁表示所述传送机构与所述柔性体之间的最大静摩擦力系数；

所述接送机构对所述柔性体的摩擦力F₂为：

式中，f₂表示所述柔性体在所述接送机构上单位长度所受的摩擦力，单位为N/m；L-L₀-L₁表示所述柔性体在所述接送机构上的长度，单位为m；μ₂表示所述柔性体与所述接送机构之间的滑动摩擦系数。

优选地，所述传送机构和所述接送机构表面材料的最大静摩擦系数和滑动摩擦系数相等，所述传送机构对所述柔性体的最大静摩擦力F₁与所述接送机构对所述柔性体的最大静摩擦力F₂相等，则得到：

由上述公式(3)求得L₁：

优选地，所述柔性体逐渐从所述传送机构转移至所述接送机构表面，所述柔性体在转移过程与所述传送机构和所述接送机构之间都产生滑动，所述传送机构对所述柔性体的摩擦力为正功，所述接送机构对所述柔性体的摩擦力为负功，假设所述柔性体脱离所述传送机构时的速度为V₁，根据动能定理有：

式中，A₁表示所述柔性体与所述传送机构之间的摩擦力在L₁距离上所做的正功，单位为J；A₂表示所述柔性体与所述接送机构的摩擦力在L₁距离上所做的负功，单位为J；其中上式(5)中的A₁和A₂分别为：

优选地，所述步骤S3中，若要实现所述柔性体尾部在输送完毕后恰好全部到达所述接送机构并不会与所述接送机构末端发生碰撞，所述柔性体所需具有的动能应能克服所述柔性体与所述接送机构摩擦阻力所做的负功，具体运算过程为：

式中，A₃表示所述柔性体与所述接收机构摩擦阻力在L₀距离上所做的负功，单位为J；

联立公式(4)至(8)解析出采用所述传送机构输送所述柔性体整体至所述接送机构表面时所需所述传送机构具有的最小线速度V₀，要满足以下公式：

将公式(4)代入至公式(9)中，可以求得V₀：

优选地，对所述传送机构和所述接送机构表面所用材料不相同，所述μ₁和所述μ₂的值不相同并可通过实验法测量得到，所述传送机构末端与所述接送机构首端之间距离值L₀可根据实际情况任意设定。

优选地，所述传送机构的初始速度V₀的设定值可比计算所得值偏大。

本发明技术方案相对现有技术具有以下优点：

本发明技术方案用于对柔性体进行输送的输送尾部保护装置由传送机构、柔性体、接送机构组成，本发明技术方案基于功能理论，通过建立柔性体在传送机构上运动至接送机构上的动力学方程，解析出采用传送机构输送柔性体整体至接送机构表面上时所需传送机构的最小线速度，实现柔性体尾部输送恰好全部到达接送机构上，并与接送机构不发生碰撞，保证柔性体尾部在输送过程中得到保护。本发明技术方案解决了工程实际中依据经验估算传送机构最小速度的技术问题，为优化传送机构设计提供理论依据。在实际工程运输作业时采用该种传送形式对柔性体进行运移，可使柔性体尾部不被损坏且作业效果良好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明柔性体输送的第一工作状态示意图；

图2为本发明柔性体输送的第二工作状态示意图；

图3为本发明柔性体输送的第三工作状态示意图；

图4为本发明柔性体输送的第四工作状态示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种基于功能理论的柔性体输送尾部保护方法。

本发明实施例基于功能理论的柔性体输送尾部保护方法包括四个工作状态以及对应步骤，具体为：

步骤S1：柔性体首先到达匀速运输的传送机构末端并保持与传送机构相同的初始速度V₀做匀速运送；

步骤S2：柔性体以匀速速度V₀逐渐转移至接送机构表面，柔性体部分接触接送机构后开始出现减速滑动状态；

步骤S3：柔性体逐渐脱离传送机构的末端并直至柔性体与接送机构尾端相差L₀距离的无驱动状态；

步骤S4：柔性体以逐渐递减速度整体完全转移至接送机构表面。

请参见图1，柔性体输送的第一工作状态中，由于初始状态的柔性体是放置于传送机构表面，柔性体与传送机构之间并没有相对滑动，柔性体的移动速度和传送机构的线速度相等且均为V₀。通过传送机构将柔性体向接送机构转移传输，当柔性体逐渐从传送机构转移至接送机构表面时，由于传送机构与柔性体之间存在静摩擦力，使柔性性保持与传送机构相同的速度V₀而落入接送机构表面。

请参见图2，柔性体输送的第二工作状态中，当柔性体部分结构逐渐从传送机构转移至接送机构时，接收机构对柔性体施以的摩擦力F₂逐渐超过柔性体与传送机构之间的最大静摩擦力F₁时，柔性体与传送机构之间出现滑动并且柔性体逐渐开始减速。

当柔性体和传送机构之间发生相对滑动并开始减速时，为了便于分析，本实施例将柔性体假设为均匀连续分布且各点性质均相同。与此同时本实施例假设传送机构末端与接送机构首端之间相距的距离为L₀，取垂直于柔性体X方向进行分析，设柔性体的质量为M(kg)，总长度为L(m)。

则传送机构对柔性体的最大静摩擦力F₁为：

式中，f₁表示柔性体在传送机构上单位长度所承受的摩擦力，单位为N/m；L₁表示柔性体在传送机构上的长度，单位为m；g表示重力加速度，取9.8m/s²；μ₁表示传送机构与柔性体之间的最大静摩擦力系数。

而接送机构对柔性体的摩擦力F₂为：

式中，f₂表示柔性体在接送机构上单位长度所受的摩擦力，单位为N/m；L-L₀-L₁表示柔性体在接送机构上的长度，单位为m；μ₂表示柔性体与接送机构之间的滑动摩擦系数。为了简化计算，本实施例假设传送机构和接送机构表面材料的最大静摩擦系数和滑动摩擦系数相同，则此时的传送机构对柔性体的最大静摩擦力F₁与结构机构对柔性体的最大静摩擦力F₂相同，则可以得到以下公式：

通过公式(3)可以求得L₁：

请参见图3，柔性体输送的第三工作状态中，当柔性体继续从传送机构移动至接送机构时，柔性体在转移过程中，柔性体与传送机构以及接送机构之间均会产生相对滑动，其中传送机构对柔性体的摩擦力做正功，接送机构对柔性体的摩擦力做负功，假设柔性体脱离传送机构时速度为V₁，根据动能定理有以下公式：

式中，A₁表示柔性体与传送机构之间的摩擦力在L₁距离上所做的正功，单位为J；A₂表示柔性体与接送机构的摩擦力在L₁距离上说所做的负功，单位为J。其中式中的A₁和A₂分别为：

结合图3可以知道，当柔性体从传送机构脱离并转移至接收机构时，柔性体处于与接送机构尾端相差L₀距离的无驱动状态，再结合图4，若要实现柔性体尾部输送恰好全部到达接送机构上且不会与接送机构末端发生碰撞以保证柔性体尾部在输送过程中得到保护，所需具有的动能应当能够克服柔性体与接送机构摩擦阻力之间所做的负功，具体的运算过程为：

式中，A₃表示柔性体与接收机构摩擦阻力在L₀距离上所做的负功，单位为J。

通过联立公式(4)至(8)解析出采用传送机构输送柔性体整体至接送机构表面时所需传送机构的最小线速度V₀，要满足以下公式：

将公式(4)代入至公式(9)中，可以求得V₀：

需要说明的是，对柔性体进行传送的传送机构、对柔性体进行后续接送的接送机构表面所用材料不相同，因此μ₁、μ₂取值各不相同，可通过实验法测试出后再进行计算，另外传送机构末端和接送机构首端之间的距离L₀的长度可任意设定。为了实现柔性体尾部输送恰好全部到达接送机构并保证柔性体尾部在输送过程中得到保护，实际传送机构的速度取值上需要偏大。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于功能理论的柔性体输送尾部保护方法，其特征在于，所述方法使用传送机构、柔性体以及传送机构，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：柔性体首先到达匀速运输的传送机构末端并保持与所述传送机构相同的初始速度V₀做匀速运送；

步骤S2：所述柔性体以匀速速度V₀逐渐转移至接送机构表面，所述柔性体部分接触所述接送机构后开始出现减速滑动状态；

步骤S3：所述柔性体逐渐脱离所述传送机构的末端并直至所述柔性体与所述接送机构尾端相差L₀距离的无驱动状态；

步骤S4：所述柔性体整体完全转移至所述接送机构表面。

2.如权利要求1所述的基于功能理论的柔性体输送尾部保护方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述柔性体与所述传送机构之间无相对滑动，所述传送机构以静摩擦力驱动所述柔性体随所述传送机构运动且两者线速度相等。

3.如权利要求2所述的基于功能理论的柔性体输送尾部保护方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述柔性体部分逐渐转移至所述接送机构表面时，所述柔性体位于所述传送机构表面的部分受所述传送机构静摩擦作用力驱动，并保持与所述传送机构相同线速度V₀前进，所述柔性体在所述接送机构上受到的摩擦阻力F₂超过所述柔性体在所述传送机构上受到的最大静摩擦力F₁时，所述柔性体和所述传送机构之间出现滑动并开始减速。

4.如权利要求3所述的基于功能理论的柔性体输送尾部保护方法，其特征在于，所述柔性体为均匀分布的连续体且各点处性质相同，所述传送机构末端与所述接送机构首端之间距离为L₀，取垂直于所述柔性体X方向进行分析，设所述柔性体质量为M，总长为L，所述传送机构对所述柔性体的最大静摩擦力F₁为：

式中，f₁表示所述柔性体在所述传送机构上单位长度所承受的摩擦力，单位为N/m；L₁表示所述柔性体在所述传送机构上长度，单位为m；g表示重力加速度，取9.8m/s²；μ₁表示所述传送机构与所述柔性体之间的最大静摩擦力系数；

所述接送机构对所述柔性体的摩擦力F₂为：

式中，f₂表示所述柔性体在所述接送机构上单位长度所受的摩擦力，单位为N/m；L-L₀-L₁表示所述柔性体在所述接送机构上的长度，单位为m；μ₂表示所述柔性体与所述接送机构之间的滑动摩擦系数。

5.如权利要求4所述的基于功能理论的柔性体输送尾部保护方法，其特征在于，所述传送机构和所述接送机构表面材料的最大静摩擦系数和滑动摩擦系数相等，所述传送机构对所述柔性体的最大静摩擦力F₁与所述接送机构对所述柔性体的最大静摩擦力F₂相等，则得到：

由上述公式(3)求得L₁：

6.如权利要求5所述的基于功能理论的柔性体输送尾部保护方法，其特征在于，所述柔性体逐渐从所述传送机构转移至所述接送机构表面，所述柔性体在转移过程与所述传送机构和所述接送机构之间都产生滑动，所述传送机构对所述柔性体的摩擦力为正功，所述接送机构对所述柔性体的摩擦力为负功，假设所述柔性体脱离所述传送机构时的速度为V₁，根据动能定理有：

式中，A₁表示所述柔性体与所述传送机构之间的摩擦力在L₁距离上所做的正功，单位为J；A₂表示所述柔性体与所述接送机构的摩擦力在L₁距离上所做的负功，单位为J；其中上式(5)中的A₁和A₂分别为：

7.如权利要求1所述的基于功能理论的柔性体输送尾部保护方法，其特征在于，所述步骤S3中，若要实现所述柔性体尾部在输送完毕后恰好全部到达所述接送机构并不会与所述接送机构末端发生碰撞，所述柔性体所需具有的动能应能克服所述柔性体与所述接送机构摩擦阻力所做的负功，具体运算过程为：

式中，A₃表示所述柔性体与所述接收机构摩擦阻力在L₀距离上所做的负功，单位为J；

联立公式(4)至(8)解析出采用所述传送机构输送所述柔性体整体至所述接送机构表面时所需所述传送机构具有的最小线速度V₀，要满足以下公式：

将公式(4)代入至公式(9)中，可以求得V₀：

8.如权利要求6或7所述的基于功能理论的柔性体输送尾部保护方法，其特征在于，对所述传送机构和所述接送机构表面所用材料不相同，所述μ₁和所述μ₂的值不相同并可通过实验法测量得到，所述传送机构末端与所述接送机构首端之间距离值L₀可根据实际情况任意设定。

9.如权利要求8所述的基于功能理论的柔性体输送尾部保护方法，其特征在于，所述传送机构的初始速度V₀的设定值可比计算所得值偏大。