高速帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)

崔鳳平 楊忠大

（北方重工集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽110860）

在帶式輸送機(jī)發(fā)展史上對長距離輸送機(jī)使用小帶寬、大帶速還是大帶寬、小帶速哪個(gè)更經(jīng)濟(jì)可行一直是沒有定論。發(fā)展到今天帶速達(dá)到8m/s的輸送機(jī)已經(jīng)不少見，隨著技術(shù)進(jìn)步帶速在10m/s-20m/s的高速帶式機(jī)無論從技術(shù)層面，還是經(jīng)濟(jì)層面已經(jīng)完全可行。當(dāng)然使用高帶速的前提是具體工況下更經(jīng)濟(jì)更可靠的工藝狀況，否則選擇小帶速大帶寬。

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是基于靜態(tài)的假設(shè)的理論，假設(shè)膠帶是剛體，帶速的選擇是帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)的重要一步，帶速選擇后，用優(yōu)化的方法計(jì)算輸送機(jī)的膠帶張力、功率，而后確定其他部件的參數(shù)。采用精細(xì)算法時(shí)假設(shè)輸送帶是一個(gè)三維彈性體，把輸送帶考慮為連續(xù)的有限單元，這些單元是流變的，同時(shí)考慮啟動(dòng)和制動(dòng)過程，通過動(dòng)態(tài)分析計(jì)算出張力和功率，確定其它部件的選型。

1 帶速的選擇

首先，帶速的選擇依據(jù)工藝要求的輸送量，按成槽的截面、輸送距離、輸送高度選擇帶速，同時(shí)考慮膠帶張力對托輥成槽性的影響。在高帶速下還應(yīng)考慮在空載狀態(tài)下膠帶與托輥的接觸程度。

其次，選擇帶速應(yīng)考慮物料相對空氣的速度，如果相對速度過大，灰塵將過大，所以帶速的極限還與環(huán)境條件和物料特性有關(guān)。

第三點(diǎn)是帶速的選擇還應(yīng)考慮噪音的影響，尤其在居民區(qū)附近，一般情況下帶速與噪音成正比?？梢圆捎媒翟氲南鄳?yīng)措施。

2 能耗

當(dāng)按工藝路線確定輸送機(jī)參數(shù)時(shí)，對能耗的要求是必須考慮的因素。能耗決定輸送系統(tǒng)的主要運(yùn)營費(fèi)用。長距離輸送機(jī)的能耗主要決定于工作量和滾動(dòng)壓陷阻力，壓陷阻力的來源是因?yàn)槟z帶覆蓋膠的粘彈特性。能耗還取決于承載段的物料功耗、卸料點(diǎn)的加速阻力、其它如導(dǎo)料槽的摩擦阻力等。

輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率由所有摩擦阻力的和，及物料提升功耗確定，摩擦阻力包括按粘性考慮的部件所產(chǎn)生的滯后損失。僅按最大驅(qū)動(dòng)功率評估能耗是否合適并不完全，同時(shí)還應(yīng)按傳輸效率比較。

3 傳輸效率

有大量的方法用來評估帶式輸送機(jī)的傳輸效率，第一種方法是比較廣泛應(yīng)用的模擬阻力系數(shù)法如DIN 標(biāo)準(zhǔn)的f 阻力系數(shù)。利用這個(gè)方法的最大好處是可以評估輸送機(jī)在空載運(yùn)行時(shí)的效率，缺點(diǎn)是無法提供一個(gè)確切的系數(shù)，因?yàn)檫@個(gè)系數(shù)包括了膠帶質(zhì)量、等效托輥質(zhì)量和輸送物料的質(zhì)量。而評價(jià)傳輸效率需要一個(gè)只針對輸送物料的確切系數(shù)。第二種方法是比較輸送費(fèi)用，按每公里消耗的能量或輸送的實(shí)際噸位來衡量。這種方法的好處是數(shù)據(jù)可以直接用于管理決策，缺點(diǎn)是不能直接反映輸送效率。第三種辦法是直接計(jì)算理論需要的能量與實(shí)際工作付出的能量的比值，求出損失因數(shù)。實(shí)際能量損耗按總的傳輸質(zhì)量和平均速度計(jì)算。這種方法的好處是這個(gè)系數(shù)可以直接同其它運(yùn)輸辦法需要的功耗比較；缺點(diǎn)是不包括空載運(yùn)行的輸送機(jī)。

4 壓陷阻力

長距離輸送機(jī)的能耗主要消耗在克服壓陷滾動(dòng)阻力，由于托輥由相對較硬的金屬、陶瓷、尼龍等材料制成，而膠帶的覆料一般由橡膠、PVC等硬度較低的材料制成。這樣當(dāng)膠帶通過托輥時(shí)便產(chǎn)生一個(gè)壓陷區(qū)域，在托輥與膠帶間產(chǎn)生了一個(gè)類似軸承載荷的應(yīng)力區(qū)。隨著膠帶運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了一個(gè)合成阻力，稱作壓陷滾動(dòng)阻力。壓陷滾動(dòng)阻力的量化由膠帶覆層的粘彈特性、由膠帶質(zhì)量和物料質(zhì)量產(chǎn)生的垂直載荷、托輥半徑、垂直平面內(nèi)的弧段曲率。了解帶速對壓陷阻力的影響對選擇合理的帶速非常重要。

1）壓陷阻力與垂直載荷的關(guān)系，垂直載荷包括輸送帶和所輸送物料的總質(zhì)量，如果垂直載荷系數(shù)減少，那么壓陷阻力系數(shù)將減少。在保持輸送量不變的情況下通過帶速的提高可以使垂直載荷減小。

2）壓陷阻力的大小與托輥的直徑有直接關(guān)系，如果托輥的直徑系數(shù)增加，則壓陷阻力系數(shù)也減小，從這個(gè)意義上講增加托輥的輥徑可以增加帶速降低壓陷阻力。

3）壓陷阻力與輸送帶的覆層材料的粘彈特性有關(guān)，壓陷阻力決定于輸送帶的變形率，變形率由變形區(qū)域的大小決定，在相同帶速下輸送帶和物料的單位長度質(zhì)量越大變形區(qū)域越大。

帶速越高變形率越大同時(shí)壓陷阻力越大，但實(shí)驗(yàn)證明帶速對壓陷阻力的影響比較小。

4）壓陷阻力與覆層厚度的關(guān)系，如果覆層厚度系數(shù)增加，則壓陷阻力系數(shù)增加，如果厚度增加到在增加帶速的同時(shí)增加磨損，則壓陷阻力也增加較大。

因此可以看出壓陷阻力不僅受帶速的影響，同時(shí)受其他因素的影響。另外除壓陷阻力外與速度關(guān)聯(lián)較大的是卸料段的物料的加速阻力，其中假設(shè)垂直落料增大關(guān)系是速度的平方。但對長距離輸送機(jī)影響很小。

5 托輥的選擇

對于高速帶式輸送機(jī)的托輥的選擇最重要的一點(diǎn)是托輥的直徑，總的趨勢是高帶速需要大輥徑托輥，下面就以下幾點(diǎn)說明托輥的選擇：

1）高速膠帶對軸承的要求不同于低帶速，高帶速下軸承本身的發(fā)熱量很大，所以要求選用軸承在受純徑向力時(shí)用深溝球軸承，在徑向和軸向混合作用時(shí)采用角接觸軸承；

2）由于帶速高，如果軸與輥皮同軸度精度不高，發(fā)生相對滑動(dòng)，輥皮將會(huì)很快磨損；

3）高帶速下托輥的摩擦阻力和滑動(dòng)力矩將減??；

4）托輥的壽命與帶速成反比，為增加壽命軸承潤滑脂的壽命一定要大于軸承L10壽命；

5）對托輥的徑向跳動(dòng)要求是帶速的平方關(guān)系減小，以避免產(chǎn)生噪音和共振。絕對要避免嚴(yán)重的膠帶拍打托輥現(xiàn)象的發(fā)生。

[1]宋偉剛.散狀物料帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)[M].東北大學(xué)工業(yè)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.