變坡長距離帶式輸送機的設計計算

蔡天嬌 曹路明

摘要：闡述了多點變坡長距離帶式輸送機的驅動方案和制動方案，指出了多點變坡長距離帶式輸送機的五種典型工況，并在此基礎上介紹了多點變坡長距離帶式輸送機的設計計算方法和計算過程，為多點變坡長距離帶式輸送機的設計計算提供了理論依據。

關鍵詞：多點變坡長距離帶式輸送機；典型工況；設計計算

0 前言

多點變坡長距離帶式輸送機兼有坡度多和輸送距離長的雙重特點，坡度多則輸送機具體運行工況復雜多變，輸送距離長則對輸送帶強度和輸送機驅動方案的確定要求較高，這就給設計計算方法和過程帶來了一定難度。如圖1所示為某地面石灰石輸送帶式輸送機線路圖，該輸送機共有13個變坡點，水平輸送距離3384m，機頭機尾垂高74.5m，運量1800t/h，帶速3.15m/s，本文根據此實例具體介紹多點變坡長距離帶式輸送機的設計計算過程。

1 多點變坡長距離帶式輸送機驅動及制動方案的確定

考慮到該機輸送距離長，運量大，為使輸送帶最大張力點處的張力值最小，從而降低輸送帶強度和價格，提高輸送帶、滾筒及其它部件的壽命，在此采用頭二尾一（多點驅動）的驅動方案，通過在機尾設一驅動滾筒對輸送帶張力進行卸載。

由于機尾地理位置最高，為使該輸送機可靠制動，避免發生飛車事故，在此將制動方案確定為尾部制動。

2 多點變坡長距離帶式輸送機設計計算

雖然該多點變坡長距離帶式輸送機具體工況復雜多變，但是可以從中找出五種典型工況：最大發電工況（下運帶載，其他空載，ω=0.012）、最大電動工況（平運上運帶載，其他空載，ω=0.025）、空載工況（ω=0.022）、滿載工況（ω=0.022）和最大制動工況（機尾制動，下運帶載，其他空載，ω=0.012），然后逐一進行計算分析，根據計算的最大張緊力確定最終張緊力，最后反算各種工況下輸送帶各點張力值，并以此為依據對帶式輸送機部件進行選型。

2.1 基本參數的確定

初選輸送帶：鋼絲繩芯帶，帶強1600N/mm，帶寬B=1200mm，帶質量27Kg/m2，帶厚17mm，鋼絲繩直徑d=5mm.

2.1.1 物料線質量

當已知設計運輸能力和帶速時，物料的線質量由該式求得：

式中Q—每小時運輸量，t/h；

2.1.2 輸送帶線質量

由輸送帶選型結果可知

2.1.3 托輥的選擇

承載托輥間距 lt'=1.5m

回程托輥間距 lt"=3m

緩沖托輥間距 lth=0.4m

承載托輥直徑dt'=φ159mm（4G306）

平行下托輥直徑φ159mm（4G306）

平行下托輥線質量：

V型托輥直徑φ159mm（4G305）

V型托輥線質量：

考慮到回程分支既有平行托輥又有V型托輥，而且每三個平行托輥間加一個V型托輥，在此我們取托輥的平均線質量：

2.2 基本阻力的計算

2.2.1 最大發電工況

其它工況的計算與此類似，在此不再贅述。

2.3 輸送帶張力的計算

2.3.1 最大發電工況

其中 K—張力增加系數，取1.02

得出：

①摩擦傳動條件：

機頭采用雙滾筒雙電機1：1驅動，機尾采用單滾筒單電機驅動，機頭機尾總的功率配比為2：1。

其中γ12—功率配比，頭部驅動取γ12=1，尾部驅動取γ12=0

②垂度條件：

Szmin=5glt'（q+qd）cosβ=14048N

Skmin=5glt"qdcosβ=4763N

其中：Szmin—承載段輸送帶最小張力；N

Skmin—回程段輸送帶最小張力；N

回程段機頭至最小張力點間的阻力為：

于是：K4S1-5992≥Skmin=4763N

承載段最小張力點在S13處，于是：

S13=K4S1+Fu/3+W5-6+W7-13≥Szmin=14048N

帶式輸送機的正常運行必須同時滿足摩擦傳動條件和垂度條件，結合以上各點張力關系，最后得出如下方程組：

解得：S1≥112342N

在此取S1=12000N，計算得：

S1=120000N，S3=122400N，S3=124848N，S4=127345NS5=129892N，S6=169987N，S7=212077N，S8=212454NS9=69090N，S10=82798N，S11=23504N，S12=26145N，S13=21274N，S14=34429N，S15=35117N，S16=35820N

其它工況的計算與此類似，在此不再贅述。

2.4 張力計算值匯總

由于本機工況較復雜，要滿足所有工況都能正常運行，張緊裝置的張緊力需按最大值取，為此取最大發電工況下的張力：S1=120000N；然后將張緊力恒定，推算其它工況下各點張力如下：

2.5 輸送帶強度驗算

考慮輸送帶的壽命、起動時的動應力、輸送帶的接頭效果、輸送帶的磨損，以及輸送帶的備用能力，選用輸送帶時必須有一定的備用能力（即安全系數），對于強力大功率帶式輸送機靜安全系數一般取m≥7。

2.5.1 最大發電工況

膠帶安全系數滿足要求。

2.5.2 最大電動工況

此工況出現較少，并且該輸送機采用軟起動系統，動載荷小，此安全系數可以滿足要求。

2.5.3 空載工況

膠帶安全系數滿足要求。

2.5.4 滿載工況

膠帶安全系數滿足要求。

2.5.5 最大制動工況

此工況出現較少，此安全系數可以滿足要求。

3 電機功率的計算

根據最大電動工況下輸送帶張力計算所需電機功率。

輸送機的總牽引力：

電機功率：

綜上所述，選用3×450KW電機，機頭雙電機雙滾筒1：1配置，機尾單電機驅動，電壓等級10KV。

4 制動力矩計算

充分考慮輸送機的使用安全，制動器總的制動力矩不得小于該輸送機所需力矩的2倍。

最大制動力矩發生在最大發電工況：

式中 D—傳動滾筒直徑，D=1m；

ω—阻力系數，按最不利工況取ω=0.012.

5 拉緊裝置

5.1 拉緊力的計算

PH=S3+S4=124848+127345=252193N

5.2 拉緊行程的計算

計算拉緊行程的公式如下：

在此取ΔL=17m.

式中ΔL-拉緊行程，m；

K-伸長系數，鋼芯帶取0.002

L-輸送帶長度，m

B-帶寬，m

考慮拉緊車長度Lc=2m，動態應變變形長度Ld=0.2ΔL=1.835m及拉緊裝置接頭長度Lj=3.5m。

6 軟起動裝置

電動機直接啟動時會產生很大的起動電流，從而對電網沖擊很大，同時也會產生很大的機械沖擊，而在電動機和減速器之間加液體粘性可控軟起動裝置則會大大改善電動機的啟動性能，從而延長電動機使用壽命，減小對電網沖擊。

同時液體粘性可控軟起動裝置是一種無級調速裝置，具有起動加速度可控的功能，是目前性能最為優越的可控軟起動裝置之一。

7 結語

通過對上述五種工況的計算，確保該多點變坡長距離帶式輸送機在任何工況下都能正常工作，避免了由于考慮不周而造成輸送帶不能正常工作的現象。用此方法設計的帶式輸送機，經實踐證明運行安全穩定可靠。

作者簡介：蔡天嬌，1985——，助理工程師，2006年畢業于安徽理工大學機械系工業設備安裝技術專業，現從事機電生產管理工作。