圓管帶式輸送機計算軟件開發(fā)與應(yīng)用

王增暉 劉春暉 張 強 姜建寧

北京起重運輸機械設(shè)計研究院有限公司 北京 100007

0 引言

隨著社會發(fā)展與進步，人們對環(huán)保的要求日益提高，在傳統(tǒng)的散料輸送行業(yè)，普通帶式輸送機經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在運維成本、環(huán)保要求等方面凸顯出不可避免的缺點。圓管帶式輸送機因其環(huán)保、布置靈活、利用率高等特點在冶金、化工、礦山、煤炭等多個行業(yè)都得到廣泛應(yīng)用，但目前為止并沒有統(tǒng)一可靠的計算軟件。為方便專業(yè)技術(shù)人員進行圓管帶式輸送機的相關(guān)設(shè)計，實現(xiàn)設(shè)備的合理設(shè)計和選型，以充分發(fā)揮設(shè)備潛能，本文結(jié)合傳統(tǒng)的計算方法及圓管帶式輸送機結(jié)構(gòu)特點，開發(fā)出一套計算準確、使用方便的計算軟件。

1 圓管帶式輸送機特點

圓管帶式輸送機由滾筒、托輥組、驅(qū)動裝置、拉緊裝置、輸送帶以及支架等組成，其結(jié)構(gòu)有二輥式、三輥式、四輥式、六輥式、八輥式及十二輥式，前三輥后三輥交錯布置的六輥式結(jié)構(gòu)應(yīng)用最為廣泛。管帶式輸送機優(yōu)點有：

1）全程封閉輸送，避免撒料與揚塵，清潔環(huán)保；

2）可實現(xiàn)空間彎曲及大傾角輸送，布置靈活，地形環(huán)境適應(yīng)性強；

3）可實現(xiàn)物料雙向輸送，設(shè)備利用率高；

4）無需中間轉(zhuǎn)運且機架結(jié)構(gòu)小，結(jié)構(gòu)緊湊，有效利用空間及節(jié)省投資成本。

以上優(yōu)點使圓管帶式輸送機的應(yīng)用越來越廣泛，但圓管帶式輸送機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工和安裝精度要求較高，在運行過程中易出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)、脹管等情況，在設(shè)計、制作或使用過程中必須引起高度重視。

2 計算方法分析

圓管帶式輸送機有多種結(jié)構(gòu)，但六輥式結(jié)構(gòu)應(yīng)用最為廣泛，故本計算方法基于六輥式結(jié)構(gòu)展開。

對于絕大多數(shù)圓管帶式輸送機而言，其長度均大于80 m，附加阻力明顯小于主要阻力，為簡化計算，本文中不單獨計算附加阻力，而是參考普通帶式輸送機計算方法[1]，引入長度系數(shù)C，則簡化后的圓管帶式輸送機的圓周力FU為

式中：C為輸送機長度有關(guān)的系數(shù)，F(xiàn)H為主要阻力，F(xiàn)S1為主要特種阻力，F(xiàn)S2為附加特種阻力，F(xiàn)St為傾斜阻力，F(xiàn)C為成圓阻力，

2.1 主要阻力

主要阻力是物料及輸送帶移動過程中與六邊形托輥旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生阻力的總和。對于雙向輸送圓管帶式輸送機而言，上下分支輸送物料可能不同，故計算時將上下分支的主要阻力分別計算。此外，由于圓管帶式輸送機空間彎曲段阻力相對增加，設(shè)計時彎曲段托輥間距建議小于直線段托輥間距布置，同時考慮過渡段為槽型托輥，因此，計算主要阻力時，將過渡段、直線段、彎曲段分開計算。

承載分支主要阻力

回程分支主要阻力

式中：FHO為承載分支主要阻力，F(xiàn)HU為回程分支主要阻力，f為模擬摩擦系數(shù)，L1為過渡段長度，L2為直線段長度，L3為彎曲段長度，qRO1為承載分支過渡段托輥組每米長度旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量，qRO2為承載分支直線段托輥組每米長度旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量，qRO3為承載分支彎曲段托輥組每米長度旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量，qRU1為回程分支過渡段托輥組每米長度旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量，qRU2為回程分支直線段托輥組每米長度旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量，qRU3為回程分支彎曲段托輥組每米長度旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量，δ1為過渡段傾角，δ2為直線段傾角，δ3為彎曲段傾角。

對于圓管帶式輸送機，物料被包裹在輸送帶內(nèi)，運行過程中除了物料與輸送帶自身質(zhì)量與托輥作用產(chǎn)生的阻力之外，輸送帶彎曲成圓形亦對托輥形成一定壓力。因此，在圓管帶式輸送機的計算中，模擬摩擦系數(shù)的選取通常要大于普通帶式輸送機。表1[2]為模擬摩擦系數(shù)推薦選取范圍。

表1 模擬摩擦系數(shù)f

當圓管帶式輸送機運行環(huán)境溫度較低時，其運行阻力會增大，設(shè)計時需對模擬摩擦系數(shù)進行修正[3]，修正后的模擬摩擦系數(shù)記為fp，即有

2.2 特種阻力

特種阻力分為主要特種阻力和附加特種阻力。主要特種阻力FS1主要包括托輥前傾阻力和物料與導(dǎo)料槽之間的摩擦阻力。附加特種阻力FS2主要包括清掃器摩擦阻力與犁式卸料器摩擦阻力。此2種阻力與普通帶式輸送機計算相同，本文不再贅述，相關(guān)計算可參考DTII（A）型帶式輸送機設(shè)計手冊。

圖1 溫度校正系數(shù)

2.3 傾斜阻力

對于傾斜阻力，當圓管帶式輸送機彎曲、起伏較多時，需要分段進行考慮，計算出最不利情況下的傾斜阻力對總圓周阻力的影響。傾斜阻力計算公式為

3 計算軟件開發(fā)

為方便專業(yè)技術(shù)人員進行圓管帶式輸送機的相關(guān)設(shè)計，同時避免個人計算過程中出現(xiàn)誤差或參數(shù)選取不當?shù)葘こ淘O(shè)計造成影響?；谏鲜龅挠嬎惴椒皥A管帶式輸送機結(jié)構(gòu)特點，開發(fā)出一套計算準確、使用方便的計算軟件——《管帶機計算軟件V1.0》，目前軟件已經(jīng)獲得國家版權(quán)局頒發(fā)的計算機軟件著作權(quán)登記證書。

該計算軟件輸入?yún)?shù)考慮全面，能盡可能真實的計算出不同工況和布置形式下圓管帶式輸送機所需功率和各特性點及滾筒所承受張力，可極大提高工作效率，滿足專業(yè)設(shè)計人員在工程設(shè)計中的需要。

開發(fā)工具為易語言 5.3，運行環(huán)境為Windows操作系統(tǒng)。圓管帶式輸送機計算軟件V1.0主要由參數(shù)輸入模塊和計算輸出模塊2個部分組成，其中參數(shù)輸入模塊包括圓管帶式輸送機計算時所需的各種參數(shù)、系數(shù)以及驅(qū)動布置形式等。

如圖2所示，主要包括設(shè)計基本設(shè)計參數(shù)，其中考慮到雙向輸送物料的情況，承載分支與回程分支的參數(shù)需分別單獨輸入。

圖2 計算軟件參數(shù)輸入界面1

圖3 為托輥布置及相關(guān)部件配置參數(shù)，為了計算精確，托輥布置參數(shù)按照過渡段、直線段和彎曲段分別輸入。

圖3 計算軟件參數(shù)輸入界面2

圖4為各項計算系數(shù)及成圓阻力輸入界面，其中模擬摩擦系數(shù)需要根據(jù)經(jīng)驗值進行合理選擇。如果選擇過大，會造成資源浪費，成本增加，但如果選擇過小，計算功率偏小，有可能會出現(xiàn)無法正常啟動的現(xiàn)象。

圖4 計算軟件參數(shù)輸入界面3

成圓阻力為圓管帶式輸送機特有阻力，過渡段輸送帶由平變圓或由圓變平時計入，每改變一次計算一次。

圖5所示為圓管帶式輸送機驅(qū)動布置形式的選擇界面，分為頭部單驅(qū)、頭部雙驅(qū)、頭尾雙驅(qū)、頭尾三驅(qū)、尾部單驅(qū)（上運）以及尾部單驅(qū)（下運）共6種布置形式。其中驅(qū)動系數(shù)也需要根據(jù)工況和經(jīng)驗進行合理選取。

圖5 計算軟件參數(shù)輸入界面4

通過各種參數(shù)輸入和計算，即可得到計算結(jié)果，如圖6所示。輸出界面中有輸送物料特性、輸送機的基本參數(shù)、空載圓周力及功率、滿載圓周力及功率、各特性點張力以及輸送帶參數(shù)等結(jié)果。從中可以直觀看到圓管帶式輸送機的各項性能，能更快地為專業(yè)設(shè)計工作者提供設(shè)計參考和依據(jù)。

圖6 計算軟件結(jié)果輸出界面

4 計算軟件的應(yīng)用

圓管帶式輸送機計算軟件的開發(fā)極大程度上方便了專業(yè)設(shè)計人員的工作，大大提升了工作效率，且能有效防止計算失誤乃至錯誤的發(fā)生，避免造成實際工程的設(shè)計缺陷或浪費。

目前該計算軟件已在多個工程中進行應(yīng)用，并取得了可靠的計算結(jié)果。其中國內(nèi)某圓管帶式輸送機項目為雙向輸送圓管帶式輸送機，管徑400 mm，全長1.8 km，且路由復(fù)雜，運行環(huán)境惡劣，目前該項目圓管帶式輸送機一切運行情況良好。

5 結(jié)語

本文結(jié)合傳統(tǒng)的帶式輸送機計算方法，充分考慮圓管帶式輸送機可雙向輸送、空間轉(zhuǎn)彎以及過渡段特殊布置的結(jié)構(gòu)特點，采用易語言編制計算機程序，實現(xiàn)圓管帶式輸送機功率及特性點張力的快捷、準確計算。在很大程度上提高了設(shè)計效率，也促進了設(shè)計工作者專業(yè)水平的提升，同時在一定程度上為企業(yè)帶來經(jīng)濟效益和競爭力的提升。