圆管带式输送机直线段及曲线段运行阻力计算

岳新喜

(华电郑州机械设计研究院有限公司，郑州 450015)

0 引言

随着国家对环保要求的日趋严格，散状物料输送系统越来越多地采用圆管密闭型带式输送机。圆管带式输送机的张力计算与普通带式输送机的计算方法类似，但由于结构上的特点，圆管带式输送机的运行阻力较普通带式输送机的运行阻力大，目前还没有精确的计算方法。本文分析圆管带式输送机直线段、曲线段的受力状况，推导出满足工程需要的计算公式。

1 直线段运行阻力分析及计算

选取一直线段为研究对象，如图1所示，沿输送带运行方向有：

图1 直线路段阻力分析

γa=γb+ΔF，

(1)

ΔF=(fpLabmcosβ+Labmsinβ) ，

(2)

式中：γa，γb分别为a，b点的张力；ΔF为ab段的阻力；fp为运行阻力系数，fp=Kf0(f0为基本运行阻力系数，取0.025～0.045；K为温度修正系数，取1.0～1.5，温度越低，K值越大)，圆管带式输送机的fp比普通胶带机要大，除了要考虑普通胶带机的运行阻力外，还要考虑胶带刚性阻力和胶带成管阻力；Lab为a，b两点之间的距离，m；m为运动部件的线载质量，对承载端m=mB+m1+mRC，对空载端m=mB+m1+mRV；mB为单位长度输送带质量，kg/m；mRC为承载分支单位长度托辊转动部分质量，kg/m；mRV为空载分支单位长度托辊转动部分质量，kg/m；m1为每1 m长度上输送物料的质量。

设Lab′为a，b两点的水平投影长度；hab为a，b两点的高度差，则

Lab′=Labcosβ，

(3)

hab=Labsinβ。

(4)

将式(2)～(4)代入式(1)中有

γa=γb+(fpmLab′+mhab) 。

在用逐点张力法计算输送带张力时，根据上式即可计算管状带式输送机直线段各点张力。

2 曲线段运行阻力分析及计算

圆管带式输送机曲线段的张力计算与普通带式输送机不同,由于圆管带式输送机弯曲的半径通常要比普通带式输送机小得多，且其本身结构较特殊，因此在进行圆管带式输送机曲线段的张力计算时，必须考虑曲线段的附加阻力。取AB曲线段为研究对象(如图2 所示)，则有

γB=γA+F，

式中：γA，γB分别为A，B点的带张力；F为AB之间的阻力，弯曲线路段的阻力F包括主要阻力Fm和带张力附加产生的弯曲阻力Fa，即

F=Fm+Fa。

(5)

下面分别计论计算Fm和Fa。

2.1 Fm的计算

如图2所示，在空间弯曲线路上取微元dl，记α为dl与水平面(xoy面)的夹角，微元dl近似看作直线段，则根据式(1)有

图2 曲线段张力计算

(6)

代入式(6)中有

Fm= (fpmLAB+mhAB) 。

(7)

2.2 Fa的计算

如图3所示，取AB曲线段为研究对象，设Fs为输送带张力在曲线段沿弧段中点C的径向分力，则

(8)

式中：γi为曲线段任意一点的张力；R为曲线段圆弧半径。

图3 曲线段阻力分析

为了简化计算，用Simpson(辛普生)积分法求式(8)，则有

(9)

式中：θ为曲线路段的转角；φ为AB曲线路段上某点半径与曲线AB中点半径的夹角；L为曲线路段的长度。

将式(9)代入式(8)可得

(10)

由式(10)可得出：曲线路段的弯曲阻力与路段的转弯半径、转角以及输送带的张力有关。

在采用逐点张力法计算输送带张力时，可解以下方程组，从而求出Fa，γB。

一般来说，Fa比γB小，故用以上方法计算所得的Fa，γB可以满足工程计算的精度要求。

3 结束语

管带机功率、张力计算有许多手册提供了计算方法，笔者在实际应用时通常先按照日本普利司通管带机设计标准进行计算，运用本文所论述方法进行验证，取得了比较一致的结果。

参考文献：

[1]王鹰，孟文俊.日本石桥公司的圆管带式输送机[J].起重运输机械,1991(1):17-22.

[2]孟文俊,王鹰,吴志方.管状带式输送机的发展和设计要点[J].起重运输机械,2001(11):29-35.

[3]张钺.新型圆管带式输送机设计手册[M].北京：化学工业出版社，2007.