回轉布料帶式輸送機的設計計算

李柳

(中國煤炭科工集團 上海有限公司， 上海 200030)

0 引言

回轉布料帶式輸送機應用于連續帶式輸送機配套輸送系統中，通過自身回轉機構可實現帶式輸送機在一定角度范圍內連續轉動,總體結構如圖1所示。回轉布料帶式輸送機一般和地面轉載帶式輸送機配套使用，物料經地面轉載帶式輸送機輸送到回轉布料帶式輸送機上，通過控制回轉布料帶式輸送機的轉動角度，最終將物料輸送到指定位置。

1-鋼絲繩;2-滾筒;3-卸料器;4-輸送帶;5-機身;6-回轉機構;7-滾筒及拉緊裝置。

傳統的固定式帶式輸送機堆料點固定，堆料點堆滿后需迅速清空，帶式輸送機方可繼續工作，效率較低。回轉布料帶式輸送機通過在機身上安裝可移動式犁式卸料器，在回轉機構的作用下，可實現多種半徑范圍環形堆料，增大了作業面積，提高了工作效率。

1 回轉布料帶式輸送機設計計算

回轉布料帶式輸送機的設計計算主要包括輸送機運行阻力計算、鋼絲繩拉力及回轉機構支反力計算、回轉機構啟制動轉矩計算。

1.1 回轉布料帶式輸送機的初始參數

已知參數：運量Q=600 t/h，Im=167 kg/s，輸送機長度L=25.5 m，水平運輸，帶速v=3.15 m/s，帶寬B=1 m，每米輸送帶質量qB=19 kg/m(輸送帶總重G3=8 938 N)，每米物料質量qG=53 kg/m(物料總重G4=12 466 N)，鋼絲拉繩傾角α=12.5°，滾筒G1=6 250 N，卸料器G2=3 000 N，上下托輥總重G5=9 000 N，圖1中支點左部機身重G6=24 171 N、支點右部機身重G9=4 028 N，滾筒及拉緊裝置總重G7+G8=9 000 N。

1.2 輸送機運行阻力計算

該回轉布料帶式輸送機的運行阻力包括主要阻力、附加阻力、主要特種阻力和附加特種阻力。由于該帶式輸送機長度小于80 m，附加阻力在主要阻力中占比較大，需采用分項計算法確保計算結果的精確[1]。計算物料與導料槽相關的摩擦阻力時，采用CEMA[2]規定的算法。該方法相對于DTⅡ[3]規范中的算法，既考慮了導料槽裙板與膠帶之間的摩擦阻力，又精確計算出物料與導料槽側壁的接觸高度，更為合理。其他阻力按DTⅡ規范計算。

1.2.1 主要阻力

FH=f·L·g·(qRO+qRU+2qB+qG)

(1)

模擬摩擦因數f=0.025、輸送機長度L=25.5 m、承載分支托輥組每米長度旋轉部分質量qRO=10.175 kg/m、回程分支托輥組每米長度旋轉部分質量qRU=5.215 kg/m。將以上參數代入式(1)后得FH=665 N。

1.2.2 附加阻力

該帶式輸送機附加阻力主要包括加料段物料加速和輸送帶間的慣性阻力及摩擦阻力FbA、輸送帶繞經滾筒的纏繞阻力F1、滾筒軸承阻力Ft、加速段物料與導料槽的摩擦阻力Ff(見1.2.4)。

FbA=Im(v-v0)

(2)

(3)

(4)

輸送帶運行方向上物料輸送速度分量v0≈0 m/s、輸送帶厚度d=13 mm、滾動直徑初選D=500 mm、滾筒軸承內徑初選d0=120 mm、作用于改向滾筒兩邊輸送帶張力與滾筒旋轉部分重力合力FT、滾筒旋轉部分重力G=3 480 N、改向滾筒處張力FC和傳動滾筒上兩邊輸送帶張力平均值F(此時F、FC無法確定，可近似的采用保守值F1=450 N[4]，待運行阻力計算完成后將計算的值與之對比，如偏差較大再修正)。將以上參數代入式(2)～(4)后得FbA=526 N、F1=450 N、Ft=22 N。

1.2.3 主要特種阻力

該帶式輸送機主要特種阻力為除物料加速區外物料與兩側導料槽攔板間的摩擦阻力Fgl(見1.2.4)。

1.2.4 導料槽相關的摩擦阻力T

DTⅡ手冊中關于導料槽的摩擦阻力包括Ff、Fgl兩項，本文采用CEMA規范計算導料槽阻力Tsb(包括導料槽與物料摩擦阻力T、導料槽裙板與膠帶之間的摩擦阻力)，從而代替Ff、Fgl。

(5)

(6)

物料系數Cs=0.114 5、導料板長度Lb=1.8 m、hs為物料與導料槽接觸高度[5]、散狀物料密度γm=1 000 kg/m3、導料槽兩側內壁間距Ws=1 m、中間輥長度Bc=0.38 m、動安息角Φs=0.44 rad=25°、槽型角β=20°。將以上參數代入式(5)后得hs<0，可知物料充滿度較低，物料堆積高度未達到料槽下沿。因此,導料槽與物料摩擦阻力T=0，可得Tsb=157 N。

1.2.5 附加特種阻力

附加特種阻力包括清掃器摩擦阻力Fr和犁式卸料器摩擦阻力Fa。

Fr=n·A·p·μ3

(7)

Fa=B·k2

(8)

清掃器格式n=2、清掃器與輸送帶接觸面積A=0.01 m2、清掃器與輸送帶壓力p=5×104N/m2、清掃器與輸送帶摩擦因數μ3=0.6、刮板系數k2=1 500 N/m。代入以上參數得Fr=600 N、Fa=1 500 N。

由以上計算可知，該帶式輸送機運行阻力(主要阻力+附加阻力+主要特種阻力+附加特種阻)為3 920 N。

1.3 鋼絲繩拉力及回轉機構支反力

帶式輸送機機身豎直平面受力如圖2所示。建立豎直平面力及力矩平衡方程如下:

G1+G2+FL·sinα+G6+G3+G4+

G5+G7+G8+G9=FY

(9)

FL·cosα=FX

(10)

G1·L5+G2·L4+G6·L2+(G3+G4+G5)·L1=

(G7+G8)·L6+FL·sinα·L3+

FL·cosα·L7+G9·L8

(11)

圖2 帶式輸送機豎直平面受力圖

帶入已知參數，由式(9)～(11)求解得：鋼絲繩拉力FL=167 kN,回轉支承受力FX=163 kN、FY=31.7 kN。

1.4 回轉機構啟制動力矩計算

回轉機構主要由電液回轉器、回轉支承及支架等組成，它是實現帶式輸送機左右轉動的執行部件。回轉機構的啟、制動力矩計算是電液回轉器選型的依據。

帶式輸送機啟、制動過程受力如圖3所示。

圖3 帶式輸送機啟動、制動過程受力圖

啟動過程：

MA-Mf=JO·αA

(12)

制動過程：

MB+Mf=JO·αB

(13)

回轉支承摩擦力矩[6]：

(14)

MA為啟動轉矩；MB為制動轉矩；傾覆力矩M=0；啟、制動加速度αA=αB=0.012 rad/s2；形狀系數K=0.95；滾動體與滾道摩擦因數μ=0.1；滾道中心直徑DO=0.56 m；滾動體與滾道接觸角β=45°。

帶式輸送機回轉部分轉動慣量JO計算時做以下簡化：滾筒、拉緊裝置、卸料器看作里離散分布剛體，機身、膠帶看作連續剛體，忽略G9，不計入物料(帶式輸送機空載時回轉)。

(15)

由式(12)～(15)計算得：JO=670 712 kg/m2、MA=14 765 N·m、MB=1 333 N·m、Mf=6 716 N·m。

2 結論

本文對回轉布料帶式輸送機的主要技術參數進行了詳細計算，最終確定了帶式輸送機的運行阻力、回轉支承的支反力、鋼絲繩拉力及回轉機構的啟制動力矩。以上參數的確定為該帶式輸送機外購件的選型、零部件的強度校核提供了技術依據。通過以上計算方法設計的回轉布料帶式輸送機目前運行良好。