淺談帶式輸送機啟動和制動的受力分析與計算

（北方重工集團有限公司，遼寧 沈陽 110141）

淺談帶式輸送機啟動和制動的受力分析與計算

楊忠大 崔鳳平 付 瑤

（北方重工集團有限公司，遼寧 沈陽 110141）

本文敘述帶式輸送機啟動與制動的過程，通過對啟制動過程中的受力進行分析，并且對關鍵數據進行簡要計算，得出合理的啟制動過程，做出對帶式輸送機各部件啟制動過程的合理保護，以得到理想的啟動與制動方案。

啟動；制動；受力；保護

帶式輸送機是輸送松散物料的主要運輸機械，廣泛應用于煤炭、鋼鐵、礦山、電廠等工業部門，且帶式輸送機又有運輸能力大，工作阻力小，貨載的破碎性小，結構簡單等特點。帶式輸送機的受力較為復雜，一般在啟、制動過程中系統各部件受力較大，特別是帶式輸送機啟動過程，要克服靜止狀態下機體、貨載的慣性和巨大的系統阻力，此時帶式輸送機系統受力狀況最為惡劣，因此，正常合理的啟動與制動關系著輸送機的正常工作、減小對設備損耗、制作控制系統等，所以，對帶式輸送機的啟動與制動的分析與計算是不可缺少的部分。

一、分析與計算

帶式輸送機在啟動和制動過程中，需克服系統的慣性，使輸送帶逐漸由靜止狀態加速至額定帶速運轉或逐漸減速至停機為止，如果加速度過大或啟動過快，會產生強烈的動載荷，對帶式輸送機系統部件造成很大的沖擊。因此在啟動和制動時必須考慮負荷，并保證啟（制）動時，在最不利的情況下確定的加（減）速度能保證物料與輸送帶間不打滑，此時應滿足計算式（1），（2）

μ1——輸送帶與物料間的摩擦系數。

通過動力學分析，我們知道：皮帶機起動時或突然停止時，其嚴重后果是帶式輸送機儲存能量快速釋放或快速堆積對其機械部件及膠帶本身造成了嚴重損害，尤其是在皮帶機傾角處和拉緊裝置緊邊處，其危害是致命的。通俗地講，在起動時慢起，把能量增加的節奏放慢，在停車時慢停，把能量釋放的節奏放慢，就能夠保護膠帶和動力傳動裝置及其機械部件。所以，在皮帶機設計計算過程中，必要時應考慮設置可控軟啟動或變頻調速。

由式（3）可以看出，在圓周驅動力一定的情況下，啟動時輸送機所受驅動力越大，整個輸送機運動及旋轉部分所受合外力就越大，輸送帶獲得的加速度就越大

式中：Fu——穩定運行工況圓周驅動力，N；

n——驅動單元數；

JiD——驅動單元第i個旋轉部件的轉動慣量，kg.m2；

ii——驅動單元第i個旋轉部件至傳動滾筒的傳動比；

r——傳動滾筒半徑，m；

Ji——第i個滾筒的轉動慣性，kg.m2；

ri——第i個滾筒的滾筒半徑，m。

式（4）為啟動和制動時輸送機直線移動部分和旋轉部分的慣性力。式（5）為直線移動部分質量，式（6）為各旋轉部分的轉動慣量轉換為傳動滾筒上直線移動的質量，其中包括電機、高速軸聯軸器（或液力偶合器）、制動輪、減速器、低速軸聯軸器、逆止器和所有滾筒的轉動慣量。

啟（制）動加速度應滿足式（1）、式（2），一般控制在0.1aA（B）～0.3m/s2。啟動時傳動滾筒上最大圓周驅動力為：

KA——啟動系數，1.3～1.7。

由上述分析可以得出，帶式輸送機的啟動時間及啟動加速度是可控的，所以在比較特殊的輸送帶設計時，為保證輸送機的正常啟動以及保護系統各部件，應設軟啟動。較為常用的軟啟動方式有液體粘性軟啟動。液體粘性軟啟動裝置是利用液體的粘性（即油膜剪切力）來傳遞扭矩的，當主動軸帶動主動摩擦片旋轉時，通過摩擦之間的粘性流體形成油膜帶動從動摩擦片的旋轉，可通過改變油壓來調節主、從動摩擦片之間的油膜厚度，改變從動摩擦片輸出的轉速和扭矩的大小，從而實現帶式輸送機各項驅動要求和可控軟啟動。在啟動過程中傳動滾筒所受扭矩達到輸送運行中的最大值，所以在滾筒選型時須考慮啟動時的尖鋒載荷。

當皮帶機突然制動或傳動滾筒的速度突然降低時，由于機械設備的慣性作用，整個皮帶上應力波會造成傳動滾筒以下的回程皮帶被拉緊，傳動滾筒以上的回程皮帶和上行皮帶被放松，所以控制制動時的減速度非常重要。當帶式輸送機自由停車時，制動圓周力及自由停車時間按公式（8）、（9）和（10）計算。

自由停車時間∶

根據上述可以分析出停車時間決定于制動時的慣性力和整個輸送機的摩擦阻力，然而我們可以通過對皮帶機的設計來調節制動時的慣性力的大小，以調節停車時間。這樣可以獲得不同情況下所需要的停車時間，以便于把停車時間控制在安全范圍內。

采用制動器時的制動圓周力按式

i——制動器至傳動滾筒的傳動比；

MZ——制動器的制動力矩，N.M；

r——傳動滾筒半徑，m。

帶式輸送機在制動時，需考慮最不利的情況，即，水平段和下運段滿載，其它段空載。在這種情況下，輸送機所受慣性力最大。根據計算可以得出，在加設制動器時，制動力矩越大，系統停車時的減速度越大，停車時間越小，所以，如果安裝較大制動力矩的制動器時，停車時間過短，物料與輸送帶間很可能發生相對移動，出現物料飛濺等現象，并且對系統各部件有較大沖擊。因此，在增加制動力矩時，須考慮停車時間以及系統各部件的損耗程度，將停車時間控制在安全可調范圍內。

通過上述對帶式輸送機啟動和制動時的力學分析，可以得到：皮帶機起動或突然停止時，是使整個輸送系統具有正常運轉能量或將整個運動系統所具有的能量快速消耗的過程，由于輸送機運動部分質量較大，所以在啟動和制動過程中系統所受的合外力較大，造成系統某些部件受到較大的應力，危害運動系統的正常運轉。因此，合理的控制帶式輸送機的啟動與制動，是帶式輸送機正常運轉的先決條件，更有利于得到理想的設計方案。

[1]宋偉剛.通用帶式輸送機設計[M].北京：機械工業出版社，2006.

[2]梁庚煌.運輸機械手冊（第2冊）[M].北京：化學工業出版社，1983.

TD52 < class="emphasis_bold"> 文獻標識碼：A

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