大倾角上运式带式输送机的选型设计

张 佳 王 飞 王晓亮 潘江如 黄 艳

（新疆工程学院机电工程学院）

带式输送机作为一种高效的传送运输机械，广泛应用于冶金、化工、煤炭及矿山等行业［1］。 带式输送机主要有固定带式输送机、管型带式输送机、 气垫带式输送机及压带式带式输送机等，煤矿大都采用固定带式输送机， 随着煤炭业的发展，传统的带式输送机不能满足企业个性化物料传输需求［2］。

近些年，大倾角、长距离带式输送机逐渐应用起来，大倾角带式输送机比普通带式输送机倾角更大，输送距离更长，容易出现皮带振动和物料滑落的情况，影响输送效率和输送安全，在运用大倾角带式输送机时，必须要进行严格的选型设计［3］。 新疆哈密某煤矿因改扩建需要一台大倾角上运式皮带输送机，煤矿技术人员提供的设计条件为：运量Q=350t/h；输送长度L=120.033m；带速v=2.5m/s；输送倾角δ=25°，上运；原煤块度a=200mm。

1 带式输送机设计方案

1.1 输送带的选用设计

输送带在物料输送过程中起到承载作用，也起到牵引传动作用，输送带的带速、带宽均影响输送机的输送能力［4］。 根据给定条件可计算输送带的带宽。

式中 B——输送带带宽，mm；

K——货载断面系数，取460；

ε——货载密度，取0.8t/m3；

μ——输送机的倾斜系数，取0.81。

考虑到实际运输时，可能由于输送带的倾角较大、距离较长造成物料撒落，同时根据输送带的规格，选择带宽B=1000mm的钢丝绳芯输送带，型号为ST1600，带重量qB=23.1kg/m，该输送带不仅可以满足高强度、长距离的工作要求，也满足矿井内防燃、防爆的要求。

1.2 输送能力验算

如图1所示，输送物料是原煤，通过查原煤的物理参数可知，原煤的运行堆积角θ=20°，托辊槽角λ=35°，承载托辊中间辊子的长度l3=380mm，通过以上参数可求得输送带上的截面面积S， 进一步求得理论运量， 如果理论运量大于设计运量，则该设计可以满足需求［4，5］。

如图1所示，输送机截面面积S=S1＋S2，其中：

图1 输送机输送截面

输送带可用宽度b=850mm；输送带实际宽度B=1000mm。 由以上公式求得输送机截面面积S=0.1127m3，理论运量Ql=3.6Svkρ，其中，倾斜输送机面积折算系数k=0.659，原煤堆积密度ρ=900kg/m3，由此可知，理论运量Ql=634.27t/h，大于设计运量Q，故该设计的输送能力满足设计要求。

1.3 输送带的布置形式

根据给定的设计参数并结合实际工作情况［6］，确定大倾角上运式带式输送机的布置形式和张力点分布（1～13）如图2所示。

图2 输送带的布置形式和张力点分布

2 带式输送机选型设计

2.1 基本参数计算和托辊的选型

根据带宽并综合考虑原煤的松散密度、经济成本等因素［7］，按照托辊的选型标准，选用35°槽型托辊组，托辊直径为133mm，承载分支托辊的间距ao=1.2m，回程分支托辊的间距au=3.0m。

2.1.1 基本参数计算

2.1.2 托辊的选型

托辊静载荷可分为承载分支托辊静载荷Po和回程分支托辊静载荷Pu。托辊载荷系数fe=0.80，输送带每米质量qB=23.1kg/m，并代入其他参数值可得，Po=feao（qG+qB）g=584N，Pu=feauqBg=680N。

托辊动载荷可分为承载分支托辊动载荷Po′和回程分支托辊动载荷Pu′。 运行系数fR=1.2，冲击系数fd=1.0，工况系数fa=1.1，并代入其他参数可得Po′=PofRfdfa=771N，Pu′=PufRfa=897N。

已知承载分支托辊辊子额定载荷Poe=4070N，回程分支托辊额定载荷Pue=1120N，经计算，该选型设计的托辊静、动载荷均小于额定载荷，满足设 计 要 求［10］，因 此，确 定 托 辊 规 格 为φ133mm×1000mm，查相关资料，托辊轴承选用6305/C4。

2.2 各项阻力及圆周驱动力计算

主要阻力FH=fgL［qro+qru+（2qB+qG）cosδ］，其中，摩擦系数f=0.03，重力加速度g=9.81m/s，承载分支每米长度旋转部分质量qro=15.75kg/m； 输送带倾斜角度δ=25°，经计算，主要阻力FH=3470N。

附加阻力FN=（C-1）FH，其中，附加阻力系数C取1.78，经计算，附加阻力FN=2706N。

一般地，附加特种阻力FS2为清扫器摩擦产生阻力Fr与卸料器摩擦阻力之和［13］，该设计无需卸料器，故附加特种阻力FS2等于清扫器摩擦产生阻力Fr，即FS2=Fr=nqstFrRO+nqsvFrRU，其中，头部清扫器个数nqst取1；尾部清扫器个数nqsv取2；头部清扫器摩擦阻力FrRO，经计算为600N；尾部清扫器摩擦阻力FrRU，经计算为900N；经计算，附加特种阻力FS2=2400N。

倾斜阻力Fst=qGgH， 其中输送机输送高度H=50.7m；经计算，倾斜阻力Fst=19342N。

输送机圆周驱动力Fu为上述计算中各项阻力之和，即，Fu=FH+FN+FS1+FS2+Fst=28038N。

2.3 传动辊筒的选型

传动辊筒的直径D≥145dB，其中，钢丝芯直径dB查表可取4.0mm；经计算，直径D=580mm。 考虑到覆盖胶变形量和输送带表面比压［14］，取传动辊筒的直径D=800mm。 查辊筒的标准参数，选用型号为10080.3，许用合力为168kN。

稳定运行时传动辊筒的功率PA=Fuv×10-3=70.1kW。

2.4 电动机和减速器的选型

2.4.1 电动机选型

根据求得的传动辊筒的功率PA，可计算出电动机功率PM=PA/（η1η2η3）， 其中传动效率η1取0.8；电压降系数η2取0.95； 不平衡系数η3取1.0； 经计算，电动机功率PM=92.2kW。

根据计算得出的电动机所需功率，查电动机型号标准［15］，并考虑实际工作时损耗情况，采用1台电动机，电动机选用Y315S4型号，电动机的额定功率110kW，额定转速为1 480r/min。

2.4.2 减速器选型

根据以上计算结果，并考虑与电动机功率匹配［16］，可选择专用皮带输送机减速器B3SH09-B-40型减速器，功率110kW，传动比40，实际工作时电动机需要连接变频器再次调速以满足带速需求。

2.5 拉紧装置的选型

输送机拉紧装置是保障输送机正常运行的必要结构之一［17］，可以增加输送带与驱动辊筒之间的摩擦力，以增加驱动力，并且降低托辊间输送带的垂度，保障承载分支的张力［18］。 该设计中，需要设计一拉紧装置，拉紧装置的配重G=2.1{FU/［g（euφ-1）］+（qB+qru）fL′-qBH′}，其中，欧拉系数euφ取3.39；摩擦系数f=0.022；垂直拉紧装置与头轮水平距离L′=10.0m； 垂直拉紧装置与头轮竖直距离H′=4.66m；经计算，拉紧装置的配重G=2164kg。

根据拉紧装置所需的重量，选择型号为YZL-01-50的自动液压拉紧装置，拉紧力可达到50kN，满足设计需求。

3 张力计算及校核

3.1 输送带不打滑的条件

综上，要保证输送带在运行时不打滑，输送带在传动辊筒绕出点的最小张力F2min≥30038N。

3.2 输送带各点张力计算

按照输送带不打滑的条件计算各点张力，即令传动滚筒奔离点最小张力S1＝F2min=30038N，从而得知其他点的张力分别为：

3.3 辊筒的校核

根据之前计算得出的圆周驱动力，可求得传动辊筒的合力。

启动时，传动辊筒的合力Fna=Fua+2F2min，其中，运行时传动辊筒圆周力Fua=43255N； 输送带在传动辊筒绕出点的最小张力F2min=30038N； 经计算，传动辊筒的合力Fna=103.3kN。

由此，可计算传动辊筒扭矩Mmax=FuaD/1000。其中，运行时传动辊筒圆周力Fua=28038N；经计算，传动辊筒扭矩Mmax=22.4kN·m。

查辊筒的标准参数可知，初选辊筒的许用扭矩为168kN·m， 该辊筒的最大扭矩为22.4kN·m，小于许用扭矩，该选用的辊筒符合设计要求。

3.4 输送带下垂度校核

输送机垂度满足的条件为：两个托辊之间的输送带的垂度不能大于最小张力条件［19］。

根据上述计算可知，输送带13点的张力S13大于承载分支最小张力FROmin，同时12点的张力S12大于回程分支最小张力FRUmin，满足输送带下垂度要求。

4 结论

4.1 笔者以新疆哈密某煤矿提供的设计参数为依据，结合实际需求情况，参考固定带式输送机的设计方法，选型设计一种大倾角上运式带式输送机，运量为350t/h；运距达120m，输送机倾角为25°，该设计参数符合设计需求。

4.2 对输送机的主要工作部件进行了选型设计以及计算，最终，选用输送带的带宽为1000mm，型号为ST160； 选用托辊规格为φ133mm×1000mm，托辊轴承选用6305/C4；传动辊筒的直径D取800mm。 选用型号为10080.3； 电动机选用Y315S4型号，电动机的额定功率110kW，额定转速为1 480r/min； 拉紧装置选择型号为YZL-01-50的自动液压拉紧装置。

4.3 随着煤矿机械的不断发展， 标准化的带式输送机不能满足多种行业的需求，长距离、大倾角带式输送机的应用越来越广泛， 在选型设计中，要结合实际工作情况来进行选型设计，该选型设计的带式输送机工作可靠，数据准确，为不同需求下的带式输送机的选型设计提供参考价值。