淺談料場懸臂膠帶機張力計算

呂卓+++呂家歡+++李紹偉

摘 要：堆取料機是料場中一種常見的散料輸送設備，文章主要研究懸臂膠帶機的計算，采用國際上通用的DIN標準對料場懸臂皮帶的張力計算進行規范化設計，以期能為以后設計膠帶機提供相關借鑒。

關鍵詞：懸臂膠帶機；張力；計算

堆取料機目前在我國散料裝卸行業已獲得普遍使用，其具有動作連續性，可提高生產率；同時結構比較簡單、構造輕巧、能降低投資和運行成本。而懸臂膠帶機正是堆取料機實現堆料功能的主要部件，它將物料有序的分割擺放，同時還能均勻布料。為懸臂膠帶機特點在于上下俯仰，有時還要實現可逆運行，因此我們需要首先了解它的工藝，其次我們需要對各種工況進行分析，找出最不利的運行條件，進而對懸臂膠帶機各點張力進行比較分析，最后得出結論。下面舉一實例加以說明。

已知：帶寬B=1400mm，帶速v=4m/s ，物料密度ρ=1.7t/m3（計算體積），ρ=2.7t/m3（計算功率）。臂式斗輪取料機的懸臂膠帶機計算遵循DIN 22101《輸送散裝物料的帶式輸送機計算及設計基礎》。

膠帶機頭尾滾筒中心距L=59.761m，物料安息角ic =38°，上托輥間距1m，下托輥間距3m，輥徑159mm，額定輸送能力Q=4000t/h，最大輸送能力Q=4400t/h。

1 體積輸送量和質量輸送量

B≤2000mm，

b=0.9×B-50=0.9×1400-50=1210mm

其中：lM-三托輥布置時中間托輥殼體長度，lM=0.53m，β-對于標準流散物料，取β=20°；對于次流散或近似于流散物料，則取β=20°以下至β=0°。為安全起見，取β=15°。

理論體積輸送量：IV，th=3600Athv=2908.8 m3/h，有效裝料系數：φ =φBetr φSt=0.966，裝料系數φBetr，當加料均勻和輸送帶直線運行時，水平直線輸送機的理論裝料斷面可以被充分利用，則（φ=φBet r=1）。

實際最大載荷產生的線載荷：mL=Q/3.6V=305.6kg/m

2 穩定工況的運行阻力和功率消耗

下俯取料工況

在穩定工況運行時產生的抗力（運行阻力）FW從摩擦力、重力和質量的總和中得出。輸送機的功率消耗PW產生于運行阻力和運行速度： PW=FWv=182 KW

為了計算，將運行阻力分為：

主要阻力FH；附加阻力FN；提升阻力FSt；特種阻力FS。

這些運行阻力之和FW，等于從傳動滾筒傳遞到輸送帶上的圓周力FTr：

2.1 主要阻力FH

其中：f-模擬摩擦系數，選取f=0.020（DIN22101）；L-輸送機長度（頭、尾滾筒中心距），L=59.761m；g-重力加速度，g=9.81m/s2；mRO-承載分支托輥每米長旋轉部分質量；mRO=n×q/RO/a0=43.89 kg/m；mRU-回程分支托輥每米長旋轉部分質量； mRU=n×q/RU/au=13.64kg/m；mG-每米長輸送帶的質量；mG=14.6kg/m2；mL-每米長輸送物料的質量；mL=Q/3.6v=305.6kg/m

2.2 附加阻力FN

附加阻力是產生在輸送機個別位置的摩擦阻力和慣性阻力。附加阻力FN的各個部分可用下式計算： FN=FAuf+FSchb+FGr=4889+477+1008=6374N

a）加料處范圍內輸送物料與輸送帶間的慣性阻力和摩擦阻力FAuf：FAuf=Im（v-v0）=4889N

b）在一個加料處的加速區內輸送與導料槽側板間的摩擦阻力FSchb：

對于3托輥托輥組布置的裝料點，見圖2：

對于一般結構的帶式輸送機可取： cSchb cRank=1

其中：Cschb-綜合考慮加料區段內輸送物料和導料槽側板間由于給定質量輸送量的堵塞壓力所引起的附加阻力的系數；CRank-蘭金系數，bsch-導料槽的內寬，得0.9m，lb-加料區域內加速段長度，μ1-輸送帶與輸送物料間的摩擦系數0.6，μ2-輸送帶與輸送物料間的摩擦系數0.6。

c）帶式清掃器的摩擦阻力FGr：

FGr=μ4 pGr AGr=0.6×3×104×1.4×0.02×2=1008N

一般情況下，壓力參數pGr在0.03N/mm2到0.1N/mm2范圍內，摩擦系數μ4輸送帶與帶式清掃器間的摩擦系數約在0.6到0.7之間。

其他阻力是輸送帶繞過滾筒時的彎曲阻力和非傳動滾筒的軸承阻力。這兩種阻力相對于前述阻力來說在幾乎所有情況下都小到可以忽略不計。

2.3 提升阻力FSt

輸送帶和輸送物料，在每個分段的提升阻力：

總提升阻力：

（輸送機上運時：hi>0；δi>0，輸送機下運時：hi<0；δi<0。

2.4 特種阻力FS

2.4.1 前傾阻力FRst

上前傾托輥：FRst=Cεμ0L（mG+ML）gcosδsinε=1372N

下前傾托輥：FRst=μ0LmGgcosλcosδsinε=108N

2.4.2在加料區外輸送帶與導料槽側板間的摩擦阻力FSch

3 托輥布置（見圖2）時：

其中：lsch-導料槽側板長度，得4m

注：摩擦系數μ2一般在0.5到0.7之間，bSch>lM時，代入lM=bSch；2托輥布置時，代入lM=0；1托輥布置時，代入lM=bSch。

2.4.3 在輸送區段上轉載物料裝置的阻力FGa

懸臂膠帶機在輸送區段上未發生物料從側向轉運出去，故FGa=0endprint

FS=FRst+FSch+FGa=1882N

3 輸送帶張力和拉緊力

帶式輸送機的運行工作需要最小輸送帶張力，以便能夠通過傳動滾筒上的摩擦力將力傳遞到輸送帶，限制輸送帶的垂度以正確無誤地導引輸送帶。

3.1 傳遞滾筒圓周力的最小輸送帶張力

在單獨驅動或制動滾筒上，通過摩擦力傳遞在起動、制動或穩定工況下出現的滾筒圓周力，需要一定的最小輸送帶繞入張力FT1和繞出張力FT2。圖3表示為該兩個力及最大滾筒圓周力FTr，，max>0的情況：

最小繞入張力和繞出張力

FT1-FT2=FTr FT1/FT2≤eμx

式中α以弧度為單位代入，由此得出：

其中：μ-輸送帶與滾筒間的摩擦系數，取μ=0.35，α-滾筒的圍包角，根據IMK提供的資料，α=π，e-自然對數的底（e=2.71828......），pA-起動系數，取 pA=1.5。

3.2 限制輸送帶垂度及保證輸送帶正確導向的最小輸送帶張力

為了帶式輸送機的技術優化，輸送帶相對垂度hrel的計算，其最大值與托輥間距有關，在穩定工況必須限制在0.01以下，在非穩定工況下可允許有較大的垂度。輸送速度越高、物料的塊度越大，則垂度應該越小。當給定最大垂度和最大托輥間距時，需要的最小輸送帶張力為：

上分支（有載）：

下分支：

其中：lRρ-上托輥間距，lRμ-下托輥間距，hrel-輸送帶最大垂度與托輥間距之比

由FT2，min=34.05 KN計算膠帶機各點張力，得F4點張力為：

則取F4點張力為39.3 KN，以此為基礎重新計算膠帶機各點張力，得：

F2=39.5 KN，所以F1max=F2+FTr=85.8KN

3.3 拉緊力

F拉=2×F2=79KN

4 結束語

本文旨在加深對懸臂膠帶機計算的理解和認識，應用DIN標準規范懸臂膠帶機的計算，由于受篇幅的限制單純從一篇文章將所有內容包括進去確實很難，懸臂膠帶機設計經驗需要通過日常工作逐漸地積累。希望本文對設計人員有所幫助。

參考文獻

[1]DIN22101：Belt Conveyors for Bulk Materials- German Standards Organization，2002

[2]DTII（A）型帶式輸送機設計手冊[M].北京：冶金工業出版社，2003，17-100.endprint

FS=FRst+FSch+FGa=1882N

3 輸送帶張力和拉緊力

帶式輸送機的運行工作需要最小輸送帶張力，以便能夠通過傳動滾筒上的摩擦力將力傳遞到輸送帶，限制輸送帶的垂度以正確無誤地導引輸送帶。

3.1 傳遞滾筒圓周力的最小輸送帶張力

在單獨驅動或制動滾筒上，通過摩擦力傳遞在起動、制動或穩定工況下出現的滾筒圓周力，需要一定的最小輸送帶繞入張力FT1和繞出張力FT2。圖3表示為該兩個力及最大滾筒圓周力FTr，，max>0的情況：

最小繞入張力和繞出張力

FT1-FT2=FTr FT1/FT2≤eμx

式中α以弧度為單位代入，由此得出：

其中：μ-輸送帶與滾筒間的摩擦系數，取μ=0.35，α-滾筒的圍包角，根據IMK提供的資料，α=π，e-自然對數的底（e=2.71828......），pA-起動系數，取 pA=1.5。

3.2 限制輸送帶垂度及保證輸送帶正確導向的最小輸送帶張力

為了帶式輸送機的技術優化，輸送帶相對垂度hrel的計算，其最大值與托輥間距有關，在穩定工況必須限制在0.01以下，在非穩定工況下可允許有較大的垂度。輸送速度越高、物料的塊度越大，則垂度應該越小。當給定最大垂度和最大托輥間距時，需要的最小輸送帶張力為：

上分支（有載）：

下分支：

其中：lRρ-上托輥間距，lRμ-下托輥間距，hrel-輸送帶最大垂度與托輥間距之比

由FT2，min=34.05 KN計算膠帶機各點張力，得F4點張力為：

則取F4點張力為39.3 KN，以此為基礎重新計算膠帶機各點張力，得：

F2=39.5 KN，所以F1max=F2+FTr=85.8KN

3.3 拉緊力

F拉=2×F2=79KN

4 結束語

本文旨在加深對懸臂膠帶機計算的理解和認識，應用DIN標準規范懸臂膠帶機的計算，由于受篇幅的限制單純從一篇文章將所有內容包括進去確實很難，懸臂膠帶機設計經驗需要通過日常工作逐漸地積累。希望本文對設計人員有所幫助。

參考文獻

[1]DIN22101：Belt Conveyors for Bulk Materials- German Standards Organization，2002

[2]DTII（A）型帶式輸送機設計手冊[M].北京：冶金工業出版社，2003，17-100.endprint

FS=FRst+FSch+FGa=1882N

3 輸送帶張力和拉緊力

帶式輸送機的運行工作需要最小輸送帶張力，以便能夠通過傳動滾筒上的摩擦力將力傳遞到輸送帶，限制輸送帶的垂度以正確無誤地導引輸送帶。

3.1 傳遞滾筒圓周力的最小輸送帶張力

在單獨驅動或制動滾筒上，通過摩擦力傳遞在起動、制動或穩定工況下出現的滾筒圓周力，需要一定的最小輸送帶繞入張力FT1和繞出張力FT2。圖3表示為該兩個力及最大滾筒圓周力FTr，，max>0的情況：

最小繞入張力和繞出張力

FT1-FT2=FTr FT1/FT2≤eμx

式中α以弧度為單位代入，由此得出：

其中：μ-輸送帶與滾筒間的摩擦系數，取μ=0.35，α-滾筒的圍包角，根據IMK提供的資料，α=π，e-自然對數的底（e=2.71828......），pA-起動系數，取 pA=1.5。

3.2 限制輸送帶垂度及保證輸送帶正確導向的最小輸送帶張力

為了帶式輸送機的技術優化，輸送帶相對垂度hrel的計算，其最大值與托輥間距有關，在穩定工況必須限制在0.01以下，在非穩定工況下可允許有較大的垂度。輸送速度越高、物料的塊度越大，則垂度應該越小。當給定最大垂度和最大托輥間距時，需要的最小輸送帶張力為：

上分支（有載）：

下分支：

其中：lRρ-上托輥間距，lRμ-下托輥間距，hrel-輸送帶最大垂度與托輥間距之比

由FT2，min=34.05 KN計算膠帶機各點張力，得F4點張力為：

則取F4點張力為39.3 KN，以此為基礎重新計算膠帶機各點張力，得：

F2=39.5 KN，所以F1max=F2+FTr=85.8KN

3.3 拉緊力

F拉=2×F2=79KN

4 結束語

本文旨在加深對懸臂膠帶機計算的理解和認識，應用DIN標準規范懸臂膠帶機的計算，由于受篇幅的限制單純從一篇文章將所有內容包括進去確實很難，懸臂膠帶機設計經驗需要通過日常工作逐漸地積累。希望本文對設計人員有所幫助。

參考文獻

[1]DIN22101：Belt Conveyors for Bulk Materials- German Standards Organization，2002

[2]DTII（A）型帶式輸送機設計手冊[M].北京：冶金工業出版社，2003，17-100.endprint