變坡長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算

蔡天嬌 曹路明

摘要：闡述了多點(diǎn)變坡長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)方案和制動(dòng)方案，指出了多點(diǎn)變坡長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)的五種典型工況，并在此基礎(chǔ)上介紹了多點(diǎn)變坡長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法和計(jì)算過(guò)程，為多點(diǎn)變坡長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：多點(diǎn)變坡長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)；典型工況；設(shè)計(jì)計(jì)算

0 前言

多點(diǎn)變坡長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)兼有坡度多和輸送距離長(zhǎng)的雙重特點(diǎn)，坡度多則輸送機(jī)具體運(yùn)行工況復(fù)雜多變，輸送距離長(zhǎng)則對(duì)輸送帶強(qiáng)度和輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)方案的確定要求較高，這就給設(shè)計(jì)計(jì)算方法和過(guò)程帶來(lái)了一定難度。如圖1所示為某地面石灰石輸送帶式輸送機(jī)線路圖，該輸送機(jī)共有13個(gè)變坡點(diǎn)，水平輸送距離3384m，機(jī)頭機(jī)尾垂高74.5m，運(yùn)量1800t/h，帶速3.15m/s，本文根據(jù)此實(shí)例具體介紹多點(diǎn)變坡長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程。

1 多點(diǎn)變坡長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)及制動(dòng)方案的確定

考慮到該機(jī)輸送距離長(zhǎng)，運(yùn)量大，為使輸送帶最大張力點(diǎn)處的張力值最小，從而降低輸送帶強(qiáng)度和價(jià)格，提高輸送帶、滾筒及其它部件的壽命，在此采用頭二尾一（多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)）的驅(qū)動(dòng)方案，通過(guò)在機(jī)尾設(shè)一驅(qū)動(dòng)滾筒對(duì)輸送帶張力進(jìn)行卸載。

由于機(jī)尾地理位置最高，為使該輸送機(jī)可靠制動(dòng)，避免發(fā)生飛車事故，在此將制動(dòng)方案確定為尾部制動(dòng)。

2 多點(diǎn)變坡長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算

雖然該多點(diǎn)變坡長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)具體工況復(fù)雜多變，但是可以從中找出五種典型工況：最大發(fā)電工況（下運(yùn)帶載，其他空載，ω=0.012）、最大電動(dòng)工況（平運(yùn)上運(yùn)帶載，其他空載，ω=0.025）、空載工況（ω=0.022）、滿載工況（ω=0.022）和最大制動(dòng)工況（機(jī)尾制動(dòng)，下運(yùn)帶載，其他空載，ω=0.012），然后逐一進(jìn)行計(jì)算分析，根據(jù)計(jì)算的最大張緊力確定最終張緊力，最后反算各種工況下輸送帶各點(diǎn)張力值，并以此為依據(jù)對(duì)帶式輸送機(jī)部件進(jìn)行選型。

2.1 基本參數(shù)的確定

初選輸送帶：鋼絲繩芯帶，帶強(qiáng)1600N/mm，帶寬B=1200mm，帶質(zhì)量27Kg/m2，帶厚17mm，鋼絲繩直徑d=5mm.

2.1.1 物料線質(zhì)量

當(dāng)已知設(shè)計(jì)運(yùn)輸能力和帶速時(shí)，物料的線質(zhì)量由該式求得：

式中Q—每小時(shí)運(yùn)輸量，t/h；

2.1.2 輸送帶線質(zhì)量

由輸送帶選型結(jié)果可知

2.1.3 托輥的選擇

承載托輥間距 lt'=1.5m

回程托輥間距 lt"=3m

緩沖托輥間距 lth=0.4m

承載托輥直徑dt'=φ159mm（4G306）

平行下托輥直徑φ159mm（4G306）

平行下托輥線質(zhì)量：

V型托輥直徑φ159mm（4G305）

V型托輥線質(zhì)量：

考慮到回程分支既有平行托輥又有V型托輥，而且每三個(gè)平行托輥間加一個(gè)V型托輥，在此我們?nèi)⊥休伒钠骄€質(zhì)量：

2.2 基本阻力的計(jì)算

2.2.1 最大發(fā)電工況

其它工況的計(jì)算與此類似，在此不再贅述。

2.3 輸送帶張力的計(jì)算

2.3.1 最大發(fā)電工況

其中 K—張力增加系數(shù)，取1.02

得出：

①摩擦傳動(dòng)條件：

機(jī)頭采用雙滾筒雙電機(jī)1：1驅(qū)動(dòng)，機(jī)尾采用單滾筒單電機(jī)驅(qū)動(dòng)，機(jī)頭機(jī)尾總的功率配比為2：1。

其中γ12—功率配比，頭部驅(qū)動(dòng)取γ12=1，尾部驅(qū)動(dòng)取γ12=0

②垂度條件：

Szmin=5glt'（q+qd）cosβ=14048N

Skmin=5glt"qdcosβ=4763N

其中：Szmin—承載段輸送帶最小張力；N

Skmin—回程段輸送帶最小張力；N

回程段機(jī)頭至最小張力點(diǎn)間的阻力為：

于是：K4S1-5992≥Skmin=4763N

承載段最小張力點(diǎn)在S13處，于是：

S13=K4S1+Fu/3+W5-6+W7-13≥Szmin=14048N

帶式輸送機(jī)的正常運(yùn)行必須同時(shí)滿足摩擦傳動(dòng)條件和垂度條件，結(jié)合以上各點(diǎn)張力關(guān)系，最后得出如下方程組：

解得：S1≥112342N

在此取S1=12000N，計(jì)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

其它工況的計(jì)算與此類似，在此不再贅述。

2.4 張力計(jì)算值匯總

由于本機(jī)工況較復(fù)雜，要滿足所有工況都能正常運(yùn)行，張緊裝置的張緊力需按最大值取，為此取最大發(fā)電工況下的張力：S1=120000N；然后將張緊力恒定，推算其它工況下各點(diǎn)張力如下：

2.5 輸送帶強(qiáng)度驗(yàn)算

考慮輸送帶的壽命、起動(dòng)時(shí)的動(dòng)應(yīng)力、輸送帶的接頭效果、輸送帶的磨損，以及輸送帶的備用能力，選用輸送帶時(shí)必須有一定的備用能力（即安全系數(shù)），對(duì)于強(qiáng)力大功率帶式輸送機(jī)靜安全系數(shù)一般取m≥7。

2.5.1 最大發(fā)電工況

膠帶安全系數(shù)滿足要求。

2.5.2 最大電動(dòng)工況

此工況出現(xiàn)較少，并且該輸送機(jī)采用軟起動(dòng)系統(tǒng)，動(dòng)載荷小，此安全系數(shù)可以滿足要求。

2.5.3 空載工況

膠帶安全系數(shù)滿足要求。

2.5.4 滿載工況

膠帶安全系數(shù)滿足要求。

2.5.5 最大制動(dòng)工況

此工況出現(xiàn)較少，此安全系數(shù)可以滿足要求。

3 電機(jī)功率的計(jì)算

根據(jù)最大電動(dòng)工況下輸送帶張力計(jì)算所需電機(jī)功率。

輸送機(jī)的總牽引力：

電機(jī)功率：

綜上所述，選用3×450KW電機(jī)，機(jī)頭雙電機(jī)雙滾筒1：1配置，機(jī)尾單電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電壓等級(jí)10KV。

4 制動(dòng)力矩計(jì)算

充分考慮輸送機(jī)的使用安全，制動(dòng)器總的制動(dòng)力矩不得小于該輸送機(jī)所需力矩的2倍。

最大制動(dòng)力矩發(fā)生在最大發(fā)電工況：

式中 D—傳動(dòng)滾筒直徑，D=1m；

ω—阻力系數(shù)，按最不利工況取ω=0.012.

5 拉緊裝置

5.1 拉緊力的計(jì)算

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

5.2 拉緊行程的計(jì)算

計(jì)算拉緊行程的公式如下：

在此取ΔL=17m.

式中ΔL-拉緊行程，m；

K-伸長(zhǎng)系數(shù)，鋼芯帶取0.002

L-輸送帶長(zhǎng)度，m

B-帶寬，m

考慮拉緊車長(zhǎng)度Lc=2m，動(dòng)態(tài)應(yīng)變變形長(zhǎng)度Ld=0.2ΔL=1.835m及拉緊裝置接頭長(zhǎng)度Lj=3.5m。

6 軟起動(dòng)裝置

電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的起動(dòng)電流，從而對(duì)電網(wǎng)沖擊很大，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生很大的機(jī)械沖擊，而在電動(dòng)機(jī)和減速器之間加液體粘性可控軟起動(dòng)裝置則會(huì)大大改善電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能，從而延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)使用壽命，減小對(duì)電網(wǎng)沖擊。

同時(shí)液體粘性可控軟起動(dòng)裝置是一種無(wú)級(jí)調(diào)速裝置，具有起動(dòng)加速度可控的功能，是目前性能最為優(yōu)越的可控軟起動(dòng)裝置之一。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)上述五種工況的計(jì)算，確保該多點(diǎn)變坡長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)在任何工況下都能正常工作，避免了由于考慮不周而造成輸送帶不能正常工作的現(xiàn)象。用此方法設(shè)計(jì)的帶式輸送機(jī)，經(jīng)實(shí)踐證明運(yùn)行安全穩(wěn)定可靠。

作者簡(jiǎn)介：蔡天嬌，1985——，助理工程師，2006年畢業(yè)于安徽理工大學(xué)機(jī)械系工業(yè)設(shè)備安裝技術(shù)專業(yè)，現(xiàn)從事機(jī)電生產(chǎn)管理工作。