淺析堆取料機(jī)在帶式輸送機(jī)計(jì)算時(shí)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(jī)受力計(jì)算時(shí)往往有其他附屬設(shè)備（如輸送帶清掃器、犁式卸料器等）產(chǎn)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(guān)資料中有詳細(xì)表述，在此不詳細(xì)介紹。但在計(jì)算條形堆場(chǎng)的帶式輸送機(jī)時(shí)，堆取料機(jī)纏繞在帶式輸送機(jī)上行走，堆取料機(jī)產(chǎn)生的阻力卻無相關(guān)資料說明。查閱某些項(xiàng)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(jīng)驗(yàn)值延續(xù)下來，或是在以前經(jīng)驗(yàn)值的基礎(chǔ)上人為估算，這些估值偏保守，致使帶式輸送機(jī)功率計(jì)算偏大，造成不必要的投資以及能源浪費(fèi)。本文主要通過對(duì)比計(jì)算，驗(yàn)證某些特定條件下堆取料機(jī)對(duì)帶式輸送機(jī)產(chǎn)生的阻力。

2 對(duì)比計(jì)算

堆取料機(jī)對(duì)帶式輸送機(jī)產(chǎn)生的主要阻力有輸送帶纏繞滾筒時(shí)的纏繞阻力F1和堆取料機(jī)上的改向滾筒的軸承阻力tF。帶式輸送機(jī)在阻力計(jì)算時(shí)，可以采用兩種方法對(duì)上述兩種附加阻力進(jìn)行計(jì)算。一種是張力增大系數(shù)法，即輸送帶每經(jīng)過一個(gè)滾筒（傳動(dòng)滾筒除外）時(shí)，用增大系數(shù)擴(kuò)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(jì)算式：

式中，Si-1：改向滾筒趨入點(diǎn)張力，N；

K′：改向滾筒阻力系數(shù)：

當(dāng)φ′≈ 45°時(shí)，K′=1.02；

φ′≈ 90°時(shí)，K′=1.03；

φ′≈ 180°時(shí)，K′=1.04。

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

式中，Si：改向滾筒奔離點(diǎn)張力。

這種方法計(jì)算簡(jiǎn)單，結(jié)果保守，用此方法計(jì)算輸送帶各點(diǎn)張力時(shí)，會(huì)造成計(jì)算結(jié)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(jì)算，稱準(zhǔn)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(dòng)滾筒不計(jì)算）：

式中，F(xiàn)：改向滾筒趨入點(diǎn)和奔離點(diǎn)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(nèi)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(zhuǎn)部分所受重力的矢量和，N。其中FT需要在逐點(diǎn)張力過程中才能求解得到，所以帶式輸送機(jī)的整個(gè)計(jì)算過程需要循環(huán)迭代計(jì)算，計(jì)算較為繁瑣，不過計(jì)算結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確，且結(jié)果封閉。

下面以某電廠條形煤場(chǎng)中3#AB帶式輸送機(jī)的計(jì)算為例，3#AB帶式輸送機(jī)纏繞示意圖，見圖1。

圖1

假設(shè)堆取料機(jī)處在靠近頭部驅(qū)動(dòng)滾筒的極限位置，此時(shí)堆取料機(jī)對(duì)輸送帶阻力最大。3#AB帶式輸送機(jī)基本參數(shù)：帶速v=3.15m/s，額定運(yùn)量Q=2500t/h，輸送物料：煤，物料密度ρ=0.85t/m3，水平長(zhǎng)度Lh=403m，堆取料機(jī)提升高度h=8.5m。同時(shí)運(yùn)用張力增大系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，從而得到兩種計(jì)算方法的數(shù)據(jù)（由于數(shù)據(jù)繁多，不再一一列出）。從得到的數(shù)據(jù)中，張力增大系數(shù)法比準(zhǔn)確值法計(jì)算的結(jié)果大，同時(shí)造成不閉環(huán)的現(xiàn)象，改向滾筒越多，影響也就更大；準(zhǔn)確值法是詳細(xì)計(jì)算滾筒軸承阻力和膠帶纏繞阻力的計(jì)算方法，雖然準(zhǔn)確但是計(jì)算繁瑣（計(jì)算過程不再一一贅述）。可以認(rèn)為14點(diǎn)到21點(diǎn)為堆取料機(jī)引起的阻力范圍。經(jīng)過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，準(zhǔn)確值法的輸送帶在此兩點(diǎn)的張力分別為68134N、71046N，而利用張力增大系數(shù)方法輸送帶在此兩點(diǎn)的張力分別為為69575、84162N。其差值就為堆取料機(jī)引起的阻力，準(zhǔn)確值法大約為2912N，而張力增大系數(shù)法大約為14587N。可見，張力增大系數(shù)法計(jì)算的結(jié)果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于準(zhǔn)確值法，前者偏離實(shí)際較大，張力增大系數(shù)法計(jì)算結(jié)果在實(shí)際工程中是不可取的。因?yàn)槎讶×蠙C(jī)引起的阻力與輸送機(jī)的皮帶張力有關(guān)系，因此，輸送機(jī)的長(zhǎng)度或輸送量不同時(shí)，都會(huì)引起堆取料機(jī)造成的阻力變化。通過計(jì)算，當(dāng)帶速v=3.15m/s，堆取料機(jī)形式一定時(shí)，更改輸送機(jī)水平長(zhǎng)度和輸送量，得到堆取料機(jī)造成的阻力與機(jī)長(zhǎng)和輸送量之間的數(shù)據(jù)表，見表1。

表1 阻力（N）與機(jī)長(zhǎng)（m）和輸送量（t/m3）之間的數(shù)據(jù)表

根據(jù)上面的數(shù)據(jù)，進(jìn)行擬合仿真，發(fā)現(xiàn)堆取料機(jī)造成的阻力與機(jī)長(zhǎng)和輸送量幾乎成線性關(guān)系（在帶速一定的情況下），見圖2。

圖2 阻力與機(jī)長(zhǎng)和輸送量的三維擬合圖

3 比較驗(yàn)證

參考美國帶式輸送機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（簡(jiǎn)稱CEMA標(biāo)準(zhǔn)）第六章的內(nèi)容，如下表2。

表2 各種滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的輸送帶張力

表2所列出了帶式輸送機(jī)上各種滾筒偏于保守的產(chǎn)生輸送帶張力的估計(jì)值。CEMA標(biāo)準(zhǔn)中給出的輸送帶張力和功率的計(jì)算，采用的是表2所列出的數(shù)值。所以針對(duì)堆取料機(jī)這種纏繞方式，阻力應(yīng)為：

由于國外的滾筒全部采用減摩擦軸承，所以當(dāng)改用國產(chǎn)軸承時(shí)可以放大1.5倍以做彌補(bǔ)，即：

當(dāng)堆取料機(jī)上采用三滾筒纏繞時(shí)，堆取料機(jī)綜合阻力應(yīng)為：

4 結(jié)語

綜上所述，前面提到的堆取料機(jī)對(duì)輸送機(jī)的阻力按照經(jīng)驗(yàn)取值為50000或更大值是太過保守。在“2對(duì)比計(jì)算”中的結(jié)果和CEMA標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)相比較為接近，當(dāng)堆取料機(jī)上采用三滾筒纏繞時(shí)，堆取料機(jī)綜合阻力宜在3500～4000N范圍內(nèi)取值；當(dāng)堆取料機(jī)上采用六滾筒纏繞時(shí)，堆取料機(jī)綜合阻力宜在5500～6000N范圍內(nèi)取值，相信結(jié)果更接近實(shí)際情況。