高速带式输送机设计

崔凤平 杨忠大

（北方重工集团有限公司，辽宁 沈阳110860）

在带式输送机发展史上对长距离输送机使用小带宽、大带速还是大带宽、小带速哪个更经济可行一直是没有定论。发展到今天带速达到8m/s的输送机已经不少见，随着技术进步带速在10m/s-20m/s的高速带式机无论从技术层面，还是经济层面已经完全可行。当然使用高带速的前提是具体工况下更经济更可靠的工艺状况，否则选择小带速大带宽。

传统设计方法是基于静态的假设的理论，假设胶带是刚体，带速的选择是带式输送机设计的重要一步，带速选择后，用优化的方法计算输送机的胶带张力、功率，而后确定其他部件的参数。采用精细算法时假设输送带是一个三维弹性体，把输送带考虑为连续的有限单元，这些单元是流变的，同时考虑启动和制动过程，通过动态分析计算出张力和功率，确定其它部件的选型。

1 带速的选择

首先，带速的选择依据工艺要求的输送量，按成槽的截面、输送距离、输送高度选择带速，同时考虑胶带张力对托辊成槽性的影响。在高带速下还应考虑在空载状态下胶带与托辊的接触程度。

其次，选择带速应考虑物料相对空气的速度，如果相对速度过大，灰尘将过大，所以带速的极限还与环境条件和物料特性有关。

第三点是带速的选择还应考虑噪音的影响，尤其在居民区附近，一般情况下带速与噪音成正比。可以采用降噪的相应措施。

2 能耗

当按工艺路线确定输送机参数时，对能耗的要求是必须考虑的因素。能耗决定输送系统的主要运营费用。长距离输送机的能耗主要决定于工作量和滚动压陷阻力，压陷阻力的来源是因为胶带覆盖胶的粘弹特性。能耗还取决于承载段的物料功耗、卸料点的加速阻力、其它如导料槽的摩擦阻力等。

输送机的驱动功率由所有摩擦阻力的和，及物料提升功耗确定，摩擦阻力包括按粘性考虑的部件所产生的滞后损失。仅按最大驱动功率评估能耗是否合适并不完全，同时还应按传输效率比较。

3 传输效率

有大量的方法用来评估带式输送机的传输效率，第一种方法是比较广泛应用的模拟阻力系数法如DIN 标准的f 阻力系数。利用这个方法的最大好处是可以评估输送机在空载运行时的效率，缺点是无法提供一个确切的系数，因为这个系数包括了胶带质量、等效托辊质量和输送物料的质量。而评价传输效率需要一个只针对输送物料的确切系数。第二种方法是比较输送费用，按每公里消耗的能量或输送的实际吨位来衡量。这种方法的好处是数据可以直接用于管理决策，缺点是不能直接反映输送效率。第三种办法是直接计算理论需要的能量与实际工作付出的能量的比值，求出损失因数。实际能量损耗按总的传输质量和平均速度计算。这种方法的好处是这个系数可以直接同其它运输办法需要的功耗比较；缺点是不包括空载运行的输送机。

4 压陷阻力

长距离输送机的能耗主要消耗在克服压陷滚动阻力，由于托辊由相对较硬的金属、陶瓷、尼龙等材料制成，而胶带的覆料一般由橡胶、PVC等硬度较低的材料制成。这样当胶带通过托辊时便产生一个压陷区域，在托辊与胶带间产生了一个类似轴承载荷的应力区。随着胶带运动产生了一个合成阻力，称作压陷滚动阻力。压陷滚动阻力的量化由胶带覆层的粘弹特性、由胶带质量和物料质量产生的垂直载荷、托辊半径、垂直平面内的弧段曲率。了解带速对压陷阻力的影响对选择合理的带速非常重要。

1）压陷阻力与垂直载荷的关系，垂直载荷包括输送带和所输送物料的总质量，如果垂直载荷系数减少，那么压陷阻力系数将减少。在保持输送量不变的情况下通过带速的提高可以使垂直载荷减小。

2）压陷阻力的大小与托辊的直径有直接关系，如果托辊的直径系数增加，则压陷阻力系数也减小，从这个意义上讲增加托辊的辊径可以增加带速降低压陷阻力。

3）压陷阻力与输送带的覆层材料的粘弹特性有关，压陷阻力决定于输送带的变形率，变形率由变形区域的大小决定，在相同带速下输送带和物料的单位长度质量越大变形区域越大。

带速越高变形率越大同时压陷阻力越大，但实验证明带速对压陷阻力的影响比较小。

4）压陷阻力与覆层厚度的关系，如果覆层厚度系数增加，则压陷阻力系数增加，如果厚度增加到在增加带速的同时增加磨损，则压陷阻力也增加较大。

因此可以看出压陷阻力不仅受带速的影响，同时受其他因素的影响。另外除压陷阻力外与速度关联较大的是卸料段的物料的加速阻力，其中假设垂直落料增大关系是速度的平方。但对长距离输送机影响很小。

5 托辊的选择

对于高速带式输送机的托辊的选择最重要的一点是托辊的直径，总的趋势是高带速需要大辊径托辊，下面就以下几点说明托辊的选择：

1）高速胶带对轴承的要求不同于低带速，高带速下轴承本身的发热量很大，所以要求选用轴承在受纯径向力时用深沟球轴承，在径向和轴向混合作用时采用角接触轴承；

2）由于带速高，如果轴与辊皮同轴度精度不高，发生相对滑动，辊皮将会很快磨损；

3）高带速下托辊的摩擦阻力和滑动力矩将减小；

4）托辊的寿命与带速成反比，为增加寿命轴承润滑脂的寿命一定要大于轴承L10寿命；

5）对托辊的径向跳动要求是带速的平方关系减小，以避免产生噪音和共振。绝对要避免严重的胶带拍打托辊现象的发生。

[1]宋伟刚.散状物料带式输送机设计[M].东北大学工业出版社，2000.

[2]Lodewijks，G.：The rolling resistance of conveyor belts;Bulk Solids Handling Vol.15，1995：15-22.

[3]Nordell，L.K：Particle flow modeling：transfer chutes and other applications;Proceedings of the Belt con 9 conference，Johannesburg，Republic of South Africa，1997.