高速帶式輸送機設(shè)計

崔鳳平 楊忠大

（北方重工集團有限公司，遼寧 沈陽110860）

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

傳統(tǒng)設(shè)計方法是基于靜態(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設(shè)計的重要一步，帶速選擇后，用優(yōu)化的方法計算輸送機的膠帶張力、功率，而后確定其他部件的參數(shù)。采用精細算法時假設(shè)輸送帶是一個三維彈性體，把輸送帶考慮為連續(xù)的有限單元，這些單元是流變的，同時考慮啟動和制動過程，通過動態(tài)分析計算出張力和功率，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。可以采用降噪的相應(yīng)措施。

2 能耗

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

輸送機的驅(qū)動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)動功率評估能耗是否合適并不完全，同時還應(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 標準的f 阻力系數(shù)。利用這個方法的最大好處是可以評估輸送機在空載運行時的效率，缺點是無法提供一個確切的系數(shù)，因為這個系數(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。而評價傳輸效率需要一個只針對輸送物料的確切系數(shù)。第二種方法是比較輸送費用，按每公里消耗的能量或輸送的實際噸位來衡量。這種方法的好處是數(shù)據(jù)可以直接用于管理決策，缺點是不能直接反映輸送效率。第三種辦法是直接計算理論需要的能量與實際工作付出的能量的比值，求出損失因數(shù)。實際能量損耗按總的傳輸質(zhì)量和平均速度計算。這種方法的好處是這個系數(shù)可以直接同其它運輸辦法需要的功耗比較；缺點是不包括空載運行的輸送機。

4 壓陷阻力

長距離輸送機的能耗主要消耗在克服壓陷滾動阻力，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。這樣當膠帶通過托輥時便產(chǎn)生一個壓陷區(qū)域，在托輥與膠帶間產(chǎn)生了一個類似軸承載荷的應(yīng)力區(qū)。隨著膠帶運動產(chǎn)生了一個合成阻力，稱作壓陷滾動阻力。壓陷滾動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壓陷阻力越大，但實驗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。但對長距離輸送機影響很小。

5 托輥的選擇

對于高速帶式輸送機的托輥的選擇最重要的一點是托輥的直徑，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用深溝球軸承，在徑向和軸向混合作用時采用角接觸軸承；

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，輥皮將會很快磨損；

3）高帶速下托輥的摩擦阻力和滑動力矩將減小；

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設(shè)計[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.