变坡长距离带式输送机的设计计算

蔡天娇 曹路明

摘要：阐述了多点变坡长距离带式输送机的驱动方案和制动方案，指出了多点变坡长距离带式输送机的五种典型工况，并在此基础上介绍了多点变坡长距离带式输送机的设计计算方法和计算过程，为多点变坡长距离带式输送机的设计计算提供了理论依据。

关键词：多点变坡长距离带式输送机；典型工况；设计计算

0 前言

多点变坡长距离带式输送机兼有坡度多和输送距离长的双重特点，坡度多则输送机具体运行工况复杂多变，输送距离长则对输送带强度和输送机驱动方案的确定要求较高，这就给设计计算方法和过程带来了一定难度。如图1所示为某地面石灰石输送带式输送机线路图，该输送机共有13个变坡点，水平输送距离3384m，机头机尾垂高74.5m，运量1800t/h，带速3.15m/s，本文根据此实例具体介绍多点变坡长距离带式输送机的设计计算过程。

1 多点变坡长距离带式输送机驱动及制动方案的确定

考虑到该机输送距离长，运量大，为使输送带最大张力点处的张力值最小，从而降低输送带强度和价格，提高输送帶、滚筒及其它部件的寿命，在此采用头二尾一（多点驱动）的驱动方案，通过在机尾设一驱动滚筒对输送带张力进行卸载。

由于机尾地理位置最高，为使该输送机可靠制动，避免发生飞车事故，在此将制动方案确定为尾部制动。

2 多点变坡长距离带式输送机设计计算

虽然该多点变坡长距离带式输送机具体工况复杂多变，但是可以从中找出五种典型工况：最大发电工况（下运带载，其他空载，ω=0.012）、最大电动工况（平运上运带载，其他空载，ω=0.025）、空载工况（ω=0.022）、满载工况（ω=0.022）和最大制动工况（机尾制动，下运带载，其他空载，ω=0.012），然后逐一进行计算分析，根据计算的最大张紧力确定最终张紧力，最后反算各种工况下输送带各点张力值，并以此为依据对带式输送机部件进行选型。

2.1 基本参数的确定

初选输送带：钢丝绳芯带，带强1600N/mm，带宽B=1200mm，带质量27Kg/m2，带厚17mm，钢丝绳直径d=5mm.

2.1.1 物料线质量

当已知设计运输能力和带速时，物料的线质量由该式求得：

式中Q—每小时运输量，t/h；

2.1.2 输送带线质量

由输送带选型结果可知

2.1.3 托辊的选择

承载托辊间距 lt'=1.5m

回程托辊间距 lt"=3m

缓冲托辊间距 lth=0.4m

承载托辊直径dt'=φ159mm（4G306）

平行下托辊直径φ159mm（4G306）

平行下托辊线质量：

V型托辊直径φ159mm（4G305）

V型托辊线质量：

考虑到回程分支既有平行托辊又有V型托辊，而且每三个平行托辊间加一个V型托辊，在此我们取托辊的平均线质量：

2.2 基本阻力的计算

2.2.1 最大发电工况

其它工况的计算与此类似，在此不再赘述。

2.3 输送带张力的计算

2.3.1 最大发电工况

其中 K—张力增加系数，取1.02

得出：

①摩擦传动条件：

机头采用双滚筒双电机1：1驱动，机尾采用单滚筒单电机驱动，机头机尾总的功率配比为2：1。

其中γ12—功率配比，头部驱动取γ12=1，尾部驱动取γ12=0

②垂度条件：

Szmin=5glt'（q+qd）cosβ=14048N

Skmin=5glt"qdcosβ=4763N

其中：Szmin—承载段输送带最小张力；N

Skmin—回程段输送带最小张力；N

回程段机头至最小张力点间的阻力为：

于是：K4S1-5992≥Skmin=4763N

承载段最小张力点在S13处，于是：

S13=K4S1+Fu/3+W5-6+W7-13≥Szmin=14048N

带式输送机的正常运行必须同时满足摩擦传动条件和垂度条件，结合以上各点张力关系，最后得出如下方程组：

解得：S1≥112342N

在此取S1=12000N，计算得：

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

其它工况的计算与此类似，在此不再赘述。

2.4 张力计算值汇总

由于本机工况较复杂，要满足所有工况都能正常运行，张紧装置的张紧力需按最大值取，为此取最大发电工况下的张力：S1=120000N；然后将张紧力恒定，推算其它工况下各点张力如下：

2.5 输送带强度验算

考虑输送带的寿命、起动时的动应力、输送带的接头效果、输送带的磨损，以及输送带的备用能力，选用输送带时必须有一定的备用能力（即安全系数），对于强力大功率带式输送机静安全系数一般取m≥7。

2.5.1 最大发电工况

胶带安全系数满足要求。

2.5.2 最大电动工况

此工况出现较少，并且该输送机采用软起动系统，动载荷小，此安全系数可以满足要求。

2.5.3 空载工况

胶带安全系数满足要求。

2.5.4 满载工况

胶带安全系数满足要求。

2.5.5 最大制动工况

此工况出现较少，此安全系数可以满足要求。

3 电机功率的计算

根据最大电动工况下输送带张力计算所需电机功率。

输送机的总牵引力：

电机功率：

综上所述，选用3×450KW电机，机头双电机双滚筒1：1配置，机尾单电机驱动，电压等级10KV。

4 制动力矩计算

充分考虑输送机的使用安全，制动器总的制动力矩不得小于该输送机所需力矩的2倍。

最大制动力矩发生在最大发电工况：

式中 D—传动滚筒直径，D=1m；

ω—阻力系数，按最不利工况取ω=0.012.

5 拉紧装置

5.1 拉紧力的计算

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

5.2 拉紧行程的计算

计算拉紧行程的公式如下：

在此取ΔL=17m.

式中ΔL-拉紧行程，m；

K-伸长系数，钢芯带取0.002

L-输送带长度，m

B-带宽，m

考虑拉紧车长度Lc=2m，动态应变变形长度Ld=0.2ΔL=1.835m及拉紧装置接头长度Lj=3.5m。

6 软起动装置

电动机直接启动时会产生很大的起动电流，从而对电网冲击很大，同时也会产生很大的机械冲击，而在电动机和减速器之间加液体粘性可控软起动装置则会大大改善电动机的启动性能，从而延长电动机使用寿命，减小对电网冲击。

同时液体粘性可控软起动装置是一种无级调速装置，具有起动加速度可控的功能，是目前性能最为优越的可控软起动装置之一。

7 结语

通过对上述五种工况的计算，确保该多点变坡长距离带式输送机在任何工况下都能正常工作，避免了由于考虑不周而造成输送带不能正常工作的现象。用此方法设计的带式输送机，经实践证明运行安全稳定可靠。

作者簡介：蔡天娇，1985——，助理工程师，2006年毕业于安徽理工大学机械系工业设备安装技术专业，现从事机电生产管理工作。