帶式輸送機輸送帶安全系數的探討

惠蕾 張鵬

摘要：目前，在國內外的礦山、建材、化工、糧食、冶金、電廠、港口碼頭等各個行業的大宗散狀物料輸送中，帶式輸送機、卡車和列車是主要輸送設備。帶式輸送機為連續輸送，而卡車和列車為間斷性輸送設備，帶式輸送機由于具有輸送距離長、運輸能力大、結構簡單、操作方便、安全可靠且容易實現自動控制等其他輸送機械不可比擬的優點成為不可或缺的散狀物料輸送設備，特別是隨著我國經濟的高速發展，帶式輸送機在規格上已經向長距離、大運量、高帶速、大型化發展。

關鍵詞：帶式輸送機；輸送帶；安全系數

引言

輸送帶是安裝在輸送機上用以承載和輸送物料的帶，輸送帶作為帶式輸送機最主要的部件，是帶式輸送機的承載構件和曳引構件，其價格一般占整機價格的30%或40%以上。保證帶式輸送機在各種工況下應有可調、平滑、無沖擊的啟動、制動力矩，實現帶式輸送機的可控啟動、制動性能可以降低輸送帶的設計安全系數。

1 存在的問題

近幾十年來，國外的設計咨詢單位、立法機構和研究單位經過對輸送帶安全系數和輸送帶接頭的研究和測試，認為德國該標準中關于鋼絲繩芯輸送帶安全系數的規定不合理：（1）設定啟動時輸送帶的動張力為穩定運行時張力的1.4倍不盡合理。該啟動張力相對穩定運行的帶式輸送機而言為較少發生的周期性增加量，不應作為連續疲勞因素考慮。帶式輸送機驅動裝置廣泛使用軟啟動、軟制動裝置使得輸送機啟動、制動加速度緩慢而可控，啟動平穩，這就使得啟動的動張力較沒有采用軟啟時大大減小。按現行驅動裝置應用條件下，帶式輸送機啟動時輸送帶的動張力為穩定運行時張力的1.4倍可以降低為1.1一1.3，可取1.25。（2 ）輸送帶的靜載荷和瞬間峰值載荷取決于輸送帶的接頭強度，而不是輸送帶鋼繩的最大抗拉強度。輸送帶接頭動態承載能力的增加會直接和輸送帶的“工業給定”的最小允許安全系數有關，任何接頭動載荷承受能力的提高都將直接導致由工業標準規定的最小的，可允許的輸送帶安全系數的降低。

2 降低輸送帶安全系數的意義

近年對帶式輸送機相關理論的研究取得了進展，其主要部件的技術性能也明顯提高。如果仍采用傳統的靜態設計方法和選取較大的輸送帶安全系數（一般為10左右），不僅使輸送帶自身的質量龐大，增加了輸送機沿線的阻力，驅動、制動裝置、拉緊裝置的功率機架的強度和重量等也必須相應的提高，而為了滿足輸送帶使用條件滾筒的直徑要增大，滾筒直徑的增加會使自身的重量和減速機的傳動比加大。這不僅會加大輸送機的初期投資，而且很可能將引發起動、制動過程中較大的輸送帶動應力以及運行過程的不穩定，從而很容易使輸送帶接頭失效以及滾筒、托輥軸承等部件的損壞。因此輸送帶安全系數是輸送機設計時應考慮的一項重要因素。隨著帶式輸送機接頭技術和接頭結構的不斷優化，接頭強度占36%的限定過于保守，通過改善鋼絲繩芯輸送帶橡膠和鋼絲繩特性、接頭結構、接頭長度、接頭尺寸控制技術和制造方法等可以改善輸送帶的安全系數，使用有限元分析方法預先指出接頭區域橡膠和鋼絲繩的應力變化，可以估計接頭的多種方式和類別，這樣就改善了接頭的動態特征和減小了輸送帶的安全系數。

3 我國對輸送帶安全系數的規定及分析

在我國，帶式輸送機設計剛剛起步時，取值比較保守，一般鋼絲繩芯輸送帶安全系數取為8-10。隨著設計水平的逐步提高，1994年GB50197-94露天煤礦工程設計規范中規定，根據不同的工作條件，鋼絲繩芯輸送帶的安全系數，當采用一級或二級接頭型式的輸送帶取值范圍為7.0-9.5；當采用三級接頭型式的輸送帶取值范圍為7.4-10.0。2008年6月發布的GB50431-2008帶式輸送機工程設計規范中對輸送帶安全系數的規定如下：鋼絲繩芯輸送帶安全系數取值范圍7-9，此數據適用于采用直接驅動或采用限矩型液力禍合器的短距離帶式輸送機。對中長距離的帶式輸送機，一般采用可控軟啟動、制動驅動系統，以改善輸送機的啟動、制動性能。對于采取了可控軟啟動、制動措施時，鋼絲繩芯輸送帶安全系數可取5-7。

輸送帶安全系數，關系到帶式輸送機安全、投資和運營費，我國也在積極研究降低輸送帶安全系數的可能性。我國自20世紀80年代帶式輸送機設計系列化以來，輸送帶安全系數的取值范圍在逐步降低，主要原因：①我國的輸送帶制造技術已接近或達到國際先進水平；輸送帶接頭型式、接頭結構、技術參數等已采用現行德國工業標準的規定。②輸送帶接頭強度隨著輸送帶硫化設備制造技術和硫化技術水平的提高而有效地提高了。③我國對中長距離的復雜、大型帶式輸送機已廣泛采用成熟的CST、液粘軟啟動、變頻調速等可控的軟啟動、制動系統，輸送帶啟動時動張力倍數可控制在1.4以下。④經過設計者40多年來的不斷摸索實踐，帶式輸送機的設計水平顯著提高。GB50431-2008標準對帶式輸送機的啟動、制動有嚴格的要求，對復雜大型帶式輸送機開始進行動態分析，輸送帶動張力倍數明顯降低。

4 結束語

總而言之，輸送帶安全系數的主要影響因素是輸送帶的接頭疲勞強度和帶式輸送機啟動時的動張力，在進行帶式輸送機設計時，可采用國內外先進的設計經驗及規范規定，并加強對帶式輸送機輸送帶接頭的動態試驗，提高輸送帶接頭強度。通過國家修改輸送帶安全系數的標準及實際使用，大大節約了投資費用。

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