帶式輸送機圓周驅動力計算

唐興華

（華電重工股份有限公司 上海分公司，上海 200122）

0 引言

帶式輸送機是輸送松散物料的主要設備，其具有運輸能力大、運輸過程連續(xù)化、操作簡單、安全可靠、自動化程度高等優(yōu)點，在冶金、煤炭、交通、水電、化工等領域和場合都得到了廣泛應用。

傳動滾筒是帶式輸送機的主要部件之一，傳動滾筒所需要的驅動功率的選擇直接關系到能耗大小、驅動裝置的尺寸及布置、運營成本等，而驅動功率取決于圓周驅動力的計算。因此非常有必要對圓周驅動力的計算進行深入探討和研究。帶式輸送機圓周驅動力的計算方法很多，中國、聯(lián)邦德國、日本、美國以及ISO等都有各自的計算標準。其中 ISO 5048，DIN22101，GB/T 17119 以及DTII（A）型帶式輸送機設計手冊等是最常用的帶式輸送機設計標準。

首先介紹設計標準和教材中關于帶式輸送機圓周驅動力的組成和詳細計算，以及帶式輸送機圓周驅動力的近似計算，最后對短距離帶式輸送機（L＜80 m）的圓周驅動力進行簡化計算，并提供了工程應用實例。

1 詳細計算

有關帶式輸送機圓周驅動力的分析及計算方法，在國內相關標準及教材專著中都有不少的描述。雖然標準及教材中相關的表述存在稍微差異，但是對輸送機圓周驅動力（也稱為運行總阻力）的組成和計算方法有比較統(tǒng)一的認識。即圓周驅動力（運行總阻力）FU由五部分組成：主要阻力FH，附加阻力FN，特種主要阻力FS1，特種附加阻力FS2和傾斜阻力FSt。計算公式表達為

式中：FH為物料、輸送帶移動和承載分支及回程分支托輥旋轉所產生阻力的總和；FN為包括物料加速和輸送帶之間，物料加速和導料槽的摩擦阻力等，以及輸送帶繞過滾筒的彎曲阻力和該向滾筒的軸承阻力；FS1為包括前傾托輥的摩擦阻力和物料和導料槽欄板的摩擦阻力；FS2為清掃器和卸料器的摩擦阻力；FSt為物料提升或下降的阻力（有正值和負值之分）。

各分項阻力 FH，F(xiàn)N，F(xiàn)S1，F(xiàn)S2和 FSt的具體計算公式可以參閱DTII（A）型帶式輸送機設計手冊，GB/T 17119《連續(xù)搬運設備帶承載托輥的帶式輸送機運行功率和張力的計算》。

由式（1）知，圓周驅動力中的組成因素很多，各分項阻力的計算公式也很抽象和繁瑣。因此在實際帶式輸送機的圓周驅動力計算時，可以取其主要影響分項阻力，而忽略次要分項阻力。在DTII（A）帶式輸送機設計手冊中，對于L≥80 m的帶式輸送機而言，附加阻力明顯小于主要阻力，引入與輸送機長度有關的系數(shù)C。這樣可以簡化計算過程，提高了計算效率。于是式（1）可以變?yōu)?/p>

式中，C為與輸送機長度有關的系數(shù)。

2 近似計算

由于圓周驅動力中的組成因素很多，各分項阻力的計算公式也很繁瑣難以記憶。在設計帶寬較小的短距離帶式輸送機時，可以對圓周驅動力進行粗略的近似計算。有關教材中提及到圓周驅動力的近似計算，其認為驅動力由承載分支阻力和空載（回程）分支阻力構成。其驅動力F的近似計算如式（3）～式（5）所示：

式中：Fo為承載分支阻力；Fu為回程分支阻力；k為與輸送機長度有關的系數(shù)，同式（2）中的C；q′為承載分支托輥組轉動部分的單位重量；q″為回程分支托輥組轉動部分的單位重量；q0為膠帶的單位質量；q為物料的單位質量；L為輸送機長度；ω為總阻力系數(shù)；β為輸送機的傾角；ω′為承載分支的阻力系數(shù)；ω″為回程分支的阻力系數(shù)。

當輸送機向上輸送時，式（3）和式（4）中取正號；當輸送機向下輸送時，式（3）和式（4）中取負號；式（5）中正負號選取與以上相反。

由式（4）和式（5）知，承載分支阻力中含膠帶重量和物料重量共同作用的傾斜阻力±（q0+q）Lsinβ，在回程分支阻力中僅含膠帶重量作用的傾斜阻力?q0Lsinβ，且承載分支阻力和回程分支阻力計算時膠帶重量作用的傾斜阻力方向相反，在計算總阻力時相互抵消。因此在DTII（A）帶式輸送機設計手冊中，關于傾斜阻力的計算僅考慮物料重量引起的傾斜阻力。

對比式（1）、式（2）和式（3），知圓周驅動力的近似計算沒有考慮特種主要阻力和特種附加阻力。

3 短距離（L＜80 m）輸送機的簡化計算

對于短距離輸送機（L通常小于80 m），按照DTII（A）帶式輸送機設計手冊的要求，應該按照式（1）進行分項阻力計算后累加。而附加阻力的計算公式非常復雜，也很繁瑣。為了簡化計算過程，提高計算效率，也引入與輸送機長度有關的系數(shù)C′。于是短距離輸送機的圓周驅動力計算公式為

式中：C′為與輸送機長度有關的系數(shù)；FH、FS1、FS2和 FSt同式（1）含義相同。

由于短距離帶式輸送機（L＜80m）的附加阻力與主要阻力的比例過大，附加阻力所占的比重較大，因此選取合適的系數(shù)C′很重要。建議可以選取C的上限值作為C′的數(shù)值。

4 應用實例

某帶式輸送機長度L=36 m，承載分支托輥轉動部分單位重量q′=29.10 kg/m，回程分支托輥轉動部分單位質量q″=10 kg/m，膠帶的單位質量q0=20kg/m，輸送物料的單位質量q=132.28kg/m，輸送機的傾角β=0°，總阻力系數(shù)ω=0.03，與輸送機長度有關系數(shù) k=C′=2.5。

1）近似計算。根據(jù)式（3）得圓周驅動力F=5592.90 N。

2）簡化計算。根據(jù)式（6）得圓周驅動力F=10 119.12 N，其中主要阻力FH=2239.44 N，考慮附加阻力影響修正后的主要阻力C′×FH=5598.60 N。利用Excel表格的強大計算功能，編制計算表格如表1所示。

表1 近似計算和簡化計算

對比近似計算和簡化計算結果，知近似計算結果誤差較大，因為其沒有考慮特種主要阻力和特種附加阻力。通過諸多工程項目的實際運行經(jīng)驗，根據(jù)式（6）計算的圓周驅動力是合適的，滿足工程使用要求。

5 結論

介紹了帶式輸送機圓周驅動力的詳細計算和近似計算，并對于短距離帶式輸送機（L＜80 m）的圓周驅動力提出了簡化計算方法，提供了工程應用實例。較好地解決了關于帶式輸送機圓周驅動力實際工程計算的可操作性和簡便性，同時為驅動功率的計算提供了理論基礎。

［1］ 北京起重運輸機械設計研究院.DTII（A）帶式輸送機設計手冊［M］.2版.北京：冶金工業(yè)出版社，2013.

［2］ 楊復興.膠帶輸送機結構、原理與計算［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1990.

［3］ 黃萬吉.礦山運輸機械設計［M］.遼寧：東北工學院出版社，1990.

［4］ 蔣瓊珠.連續(xù)運輸機［M］.北京：人民交通出版社，1986.

［5］ 宋偉剛.散狀物料帶式輸送機設計［M］.沈陽：東北大學出版社，2000.