淺析堆取料機在帶式輸送機計算時增加的阻力

郭彥波

（華電重工股份有限公司天津分公司，天津 300010）

1 問題的提出

在帶式輸送機受力計算時往往有其他附屬設備（如輸送帶清掃器、犁式卸料器等）產生的附加特種阻力，比如輸送帶清掃器摩擦阻力和犁式卸料器摩擦阻力，在有關資料中有詳細表述，在此不詳細介紹。但在計算條形堆場的帶式輸送機時，堆取料機纏繞在帶式輸送機上行走，堆取料機產生的阻力卻無相關資料說明。查閱某些項目中有取值50,000N，也有取值100,000N，這些取值參差不齊，大部分是由以前經驗值延續下來，或是在以前經驗值的基礎上人為估算，這些估值偏保守，致使帶式輸送機功率計算偏大，造成不必要的投資以及能源浪費。本文主要通過對比計算，驗證某些特定條件下堆取料機對帶式輸送機產生的阻力。

2 對比計算

堆取料機對帶式輸送機產生的主要阻力有輸送帶纏繞滾筒時的纏繞阻力F1和堆取料機上的改向滾筒的軸承阻力tF。帶式輸送機在阻力計算時，可以采用兩種方法對上述兩種附加阻力進行計算。一種是張力增大系數法，即輸送帶每經過一個滾筒（傳動滾筒除外）時，用增大系數擴大張力以近似等同纏繞阻力F1和滾筒軸承阻力tF之和W(N)。

計算式：

式中，Si-1：改向滾筒趨入點張力，N；

K′：改向滾筒阻力系數：

當φ′≈ 45°時，K′=1.02；

φ′≈ 90°時，K′=1.03；

φ′≈ 180°時，K′=1.04。

其中，φ′為輸送帶在改向滾筒上的圍包角。在順序計算各點張力時，式（1）也可表示為：

式中，Si：改向滾筒奔離點張力。

這種方法計算簡單，結果保守，用此方法計算輸送帶各點張力時，會造成計算結果的不封閉。另一種是直接用纏繞阻力F1和軸承阻力tF公式計算，稱準確值法。輸送帶纏繞滾筒的纏繞阻力：

各種帆布輸送帶：

鋼繩芯輸送帶：

滾筒軸承阻力（傳動滾筒不計算）：

式中，F：改向滾筒趨入點和奔離點的張力和的一半，N；

B：輸送帶寬度，m；

d：輸送帶厚度，m；

d0：軸承內徑，m；

D：改向滾筒直徑，m；

FT：作用在滾筒上輸送帶兩邊的張力和滾筒旋轉部分所受重力的矢量和，N。其中FT需要在逐點張力過程中才能求解得到，所以帶式輸送機的整個計算過程需要循環迭代計算，計算較為繁瑣，不過計算結果相對準確，且結果封閉。

下面以某電廠條形煤場中3#AB帶式輸送機的計算為例，3#AB帶式輸送機纏繞示意圖，見圖1。

圖1

假設堆取料機處在靠近頭部驅動滾筒的極限位置，此時堆取料機對輸送帶阻力最大。3#AB帶式輸送機基本參數：帶速v=3.15m/s，額定運量Q=2500t/h，輸送物料：煤，物料密度ρ=0.85t/m3，水平長度Lh=403m，堆取料機提升高度h=8.5m。同時運用張力增大系數進行計算，從而得到兩種計算方法的數據（由于數據繁多，不再一一列出）。從得到的數據中，張力增大系數法比準確值法計算的結果大，同時造成不閉環的現象，改向滾筒越多，影響也就更大；準確值法是詳細計算滾筒軸承阻力和膠帶纏繞阻力的計算方法，雖然準確但是計算繁瑣（計算過程不再一一贅述）。可以認為14點到21點為堆取料機引起的阻力范圍。經過對比發現，準確值法的輸送帶在此兩點的張力分別為68134N、71046N，而利用張力增大系數方法輸送帶在此兩點的張力分別為為69575、84162N。其差值就為堆取料機引起的阻力，準確值法大約為2912N，而張力增大系數法大約為14587N。可見，張力增大系數法計算的結果要遠遠大于準確值法，前者偏離實際較大，張力增大系數法計算結果在實際工程中是不可取的。因為堆取料機引起的阻力與輸送機的皮帶張力有關系，因此，輸送機的長度或輸送量不同時，都會引起堆取料機造成的阻力變化。通過計算，當帶速v=3.15m/s，堆取料機形式一定時，更改輸送機水平長度和輸送量，得到堆取料機造成的阻力與機長和輸送量之間的數據表，見表1。

表1 阻力（N）與機長（m）和輸送量（t/m3）之間的數據表

根據上面的數據，進行擬合仿真，發現堆取料機造成的阻力與機長和輸送量幾乎成線性關系（在帶速一定的情況下），見圖2。

圖2 阻力與機長和輸送量的三維擬合圖

3 比較驗證

參考美國帶式輸送機行業標準（簡稱CEMA標準）第六章的內容，如下表2。

表2 各種滾筒的轉動產生的輸送帶張力

表2所列出了帶式輸送機上各種滾筒偏于保守的產生輸送帶張力的估計值。CEMA標準中給出的輸送帶張力和功率的計算，采用的是表2所列出的數值。所以針對堆取料機這種纏繞方式，阻力應為：

由于國外的滾筒全部采用減摩擦軸承，所以當改用國產軸承時可以放大1.5倍以做彌補，即：

當堆取料機上采用三滾筒纏繞時，堆取料機綜合阻力應為：

4 結語

綜上所述，前面提到的堆取料機對輸送機的阻力按照經驗取值為50000或更大值是太過保守。在“2對比計算”中的結果和CEMA標準的數據相比較為接近，當堆取料機上采用三滾筒纏繞時，堆取料機綜合阻力宜在3500～4000N范圍內取值；當堆取料機上采用六滾筒纏繞時，堆取料機綜合阻力宜在5500～6000N范圍內取值，相信結果更接近實際情況。