堆料機懸臂皮帶機設計的改進

摘 要:堆料機懸臂皮帶機投入使用以來，皮帶經常跑偏，改向滾筒表面護膠磨損嚴重，皮帶出現磨損并且使用壽命較低。根據故障現象進行了分析，并對懸臂皮帶機進行了重新核算與改進。通過改進，皮帶機未出現異常打滑，皮帶表面及接頭處磨損不大，滾筒護膠磨損程度大為減小，取得了較好的效果。

關鍵詞:堆料機皮帶機張力配重

中圖分類號:U653文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(a)-0005-02

1 概況

懸臂皮帶機是堆料系統的最后一環，通過皮帶機可以將翻卸系統輸送的煤炭傳送并堆放至堆場。懸臂皮帶機位于堆料機懸臂支架上，主要由驅動機構、滾筒、拖輥和配重等組成。主要技術參數:最大輸送能力:6050t／n，帶寬:B=2000mm，水平長度L=39.5m，帶速V=4.6m/s，最大傾斜角度ε=12.1°。

2 懸臂皮帶機存在的問題

(1)堆料機自投產以來，懸臂皮帶機跑偏故障時有發生，導致煤炭撒漏嚴重，翻堆作業流程頻繁中斷，嚴重影響翻卸生產效率，同時擋料膠皮磨損嚴重。

(2)懸皮相繼發生斷裂的作業量約為700萬t，皮帶的使用壽命短。

(3)使用過程中，配重及改向滾筒表面護膠磨損嚴重，僅使用1年就嚴重磨損，需重新包膠。

(4)在懸皮靜態空載情況下，承載側懸皮邊緣與兩側承載托輥發生脫離。

3 問題分析

(1)針對懸皮跑偏頻繁問題通過進行落料口改造，調整落料點;進行導料板改造，強行物料居中;調整滾筒、托輥等方法對懸皮進行調偏，但效果一直不佳，而且皮帶本身無歪斜，接頭也很正，所有影響皮帶跑偏的因素均已基本排除。在此情況下，我們將問題集中在懸皮張力的設定上，張力過大易導致皮帶橫向載荷分布不均、懸皮運行不穩定，易發生跑偏。

(2)如果皮帶張力大，皮帶與滾筒接觸面壓力大，護膠與皮帶間存在較大摩擦力，護膠磨損快。

(3)針對輸送帶使用壽命問題，我們采用赫特澤爾(Hetzel)輸送帶壽命計算式對懸皮的最大輸送量(即使用壽命)進行了計算:Q0＝Q×a×b×c×d1×d2×d3×d4×d5

式中:Q—可持久耐用的輸送量(查表Q取1000萬噸);a—與覆蓋膠拉伸強度有關的耐用度(查表取100%);

b—與上覆蓋膠厚度有關的耐用度(查表取120%);c—與物料種類有關的耐用度(查表取110%);

d1～d5—與裝載點有關的耐用度(查表取d1=100%，d2=90%，d3=100%，d4=90%，d5=120%);

Q0=1283萬t。

但是堆料機懸臂皮帶實際使用壽命約為700萬t，與其預期使用壽命存在較大差距，表明實際使用壽命短是由于皮帶張力過大造成的。

4 懸皮張力計算驗證

帶式輸送機的工作需要最小輸送帶張力，以滿足傳動滾筒通過摩擦力傳到輸送帶上，并限制輸送帶垂度以利于降低運行阻力。

4.1 滿足皮帶不打滑的最小輸送帶張力計算:

為了通過摩擦力傳遞在啟動、制動和穩定工況下出現的總的滾筒圓周力Fmax，需要一定的最小輸送帶繞入張力和繞出張力。如圖1所示:繞入張力為T1，繞出張力為T2，當最大滾筒圓周力Fmax>0時，(T1－T2=Fmax，T1/T2≤eμα)。

式中:μ—輸送帶和滾筒間的摩擦系數，0.25α—輸送帶在滾筒上的包角，α=1800

從而有T2≥1/(eμα-1)Fumax

皮帶圓周驅動力Fmax計算:

原始參數:輸送能力:Iv=6050t/h

皮帶機長度L=39.5m;

提升高度H=8.5m;

皮帶寬度B=2m;

皮帶速度V=4.6m/s;

圓周驅動力:Fmax=C·FH＋FＳ＋FＳＴ

式中:FＨ—主阻力

FＳ—特種阻力;

FＳＴ—傾斜阻力;

C—系數(附加阻力)，C=3.5;

(1)主阻力FH的計算:

FＨ=FH1+FH2

FH1=f·L·g(qRO+qRU+2qBcosδ)

FH2=f·lm·g·qg·cosδ

其中:FH:主阻力;

f:摩擦系數 取f =0.022;

L:皮帶長度(滾筒中心距離)L=39.5mg:9.8m/s;

qRO:承載分支每米機長托輥旋轉部分質(38.333kg/m);

qRU:回程分支每米機長托輥旋轉部分質量(13kg/m);

qB:承載分支和回程分支每米輸送帶的質量(51kg/m);

δ:設備在運行方向的最大傾斜角(12.1°)；

qg:每米輸送物料的質量(365.34kg/m)；

lm:輸送物料段長度(39m)；

則FH1=1286.5N;

FH2=3003.7N;

FH=FH1＋FH2=4290.2N。

（2)特種阻力FS的計算:

FS=Fε+Fgl+Fr

其中:Fε:托輥前傾阻力；

Fgl:輸送物料與導料擋板間的摩擦阻力；

Fr:輸送帶清掃器的摩擦阻力；

Fε=Cε·μ0。Lε(qB＋qG)×gcosδsinε

其中:Cε:托輥槽角的槽角系數(0.43)；

μ0:托輥和皮帶間的摩擦系數(0.4)；

Lε:裝有前傾托輥的皮帶長度(26.3m)；

ε:托輥軸線相對于輸送帶縱向軸線的前傾角(2°);

則Fε=637N。

輸送物料與導料擋板間的摩擦阻力:

Fgl=μ2Ιv2ρgL1/v2b12

其中:μ2:物料與擋板間得摩擦系數(0.7)；

Ιv:輸送能力，Ιv=1.769m3/s;

ρ:物料的松散密度，ρ=950kg/m3；

L1:裝有導料擋板的設備長度，10m；

b1:導料擋板內部寬度，1.3m；

則Fgl=5703N。

輸送帶清掃器的摩擦阻力很小，忽略不計。

FS=Fε+Fgl+Fr=6340N

（3)傾斜阻力Fst的計算:

Fst=qg.H.g=30429.5N

（4)圓周驅動力Fmax=51784.5N。

T2≥1/(eμα-1)Fmax≥43153N=4.4t

所以滿足皮帶傳動最小張力為4.4t。

4.2 限制輸送帶垂度的最小輸送帶張力計算:

上分支(承載):T0=g(qB＋qG)a0/8hr

下分支(回程):TU=gqBau/8hr

式中:a0—上分支托輥間距(1.2m);

au—下分支托輥間距(3.0m);

hr—相對垂度0.01;

T0=6.245t;

TU=1.9t。

由以上計算可看出，同時滿足皮帶不打滑和垂度要求前提下，應限制輸送帶最小張力為:6.245t。懸臂皮帶機配重選用重錘張緊方式，重錘重量應該為12.49t。而堆料機配重實際為24.6t，遠大于計算值，說明堆料機懸臂皮帶原有張力設置過大。根據計算結果將懸臂皮帶機配重均減去了12t，從而將皮帶張力降低為設計使用要求值。

5 改進后效果

改進后，懸皮皮帶機運行正常，在作業800萬t后還未出現皮帶打滑異常，皮帶表面及接頭處磨損不大，滾筒護膠磨損程度大為減小，皮帶跑偏現象明顯減少，此次改造效果較好。

參考文獻

[1]宋偉剛.通用帶式輸送機設計.機械工業出版社.2006.

[2]徐灝.機械設計手冊.第4卷.機械工業出版社.1995.第31篇92－108.