基于簡易法帶式輸送機(jī)計(jì)算優(yōu)化模型研究

劉海玉，劉水石，吳奇

（中冶長天國際工程有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410007）

基于簡易法帶式輸送機(jī)計(jì)算優(yōu)化模型研究

劉海玉，劉水石，吳奇

（中冶長天國際工程有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410007）

針對帶式輸送機(jī)運(yùn)行規(guī)律及物料特點(diǎn)，基于簡易帶式輸送機(jī)計(jì)算方法，結(jié)合筆者單位多年研究經(jīng)驗(yàn)，提出了改進(jìn)型的簡易計(jì)算方法，并依此采用高級程序語言開發(fā)了帶式輸送機(jī)計(jì)算系統(tǒng)，為帶式輸送機(jī)的計(jì)算選型提供了依據(jù)。

帶式輸送機(jī)；簡易計(jì)算法；優(yōu)化模型

帶式輸送機(jī)廣泛應(yīng)用于化工、煤炭、冶金、建材、電力及交通等行業(yè)，其運(yùn)輸?shù)奈锪现饕詨K狀或散狀為主，是整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中物流輸送系統(tǒng)的載體。在實(shí)際生產(chǎn)和工程設(shè)計(jì)中不可避免遇到帶式輸送機(jī)的選型、功率及張力計(jì)算的問題。合適的選型可保證適當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)率，并可有效降低設(shè)備成本以及能耗，選型的重點(diǎn)在于在給定帶式輸送機(jī)的工藝參數(shù)情況下，準(zhǔn)確、合理的計(jì)算出帶式輸送機(jī)的帶寬、電動機(jī)功率、相關(guān)張力等主要數(shù)據(jù)。

目前涉及到帶式輸送機(jī)計(jì)算方法主要有國際標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算法(ISO5048:1989連續(xù)搬運(yùn)設(shè)備帶承載托輥的帶式輸送機(jī)運(yùn)行功率和張力計(jì)算)、簡易計(jì)算法以及逐點(diǎn)張力計(jì)算法，表1針對三種計(jì)算方法做了相應(yīng)的比較。簡易計(jì)算方法簡單、適應(yīng)性強(qiáng)，并且該方法通過工程應(yīng)用以及各大設(shè)計(jì)單位的使用，證明了其具有一定的可靠性和準(zhǔn)確性。然而該算法也有不足之處，不能適應(yīng)于長距離、大運(yùn)量的帶式輸送機(jī)。因此在充分研究簡易計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合筆者單位在帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，提出了改進(jìn)型的計(jì)算方法，并采用高級程序語言實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)計(jì)算系統(tǒng)的開發(fā)。

1 計(jì)算方法概述

針對帶式輸送機(jī)的選型而言，其計(jì)算結(jié)果的重點(diǎn)在于帶寬、電動機(jī)功率以及張力的計(jì)算，這些計(jì)算結(jié)果為帶式輸送機(jī)的輸送帶選擇、驅(qū)動滾筒、驅(qū)動裝置選型提供了依據(jù)。本文以上述三者的計(jì)算為重點(diǎn)，其他計(jì)算可參閱文獻(xiàn)[2]。

1.1 帶寬計(jì)算

（1）式中Q代表運(yùn)輸量，v、γ、k、c、ε分表代表了速度、物料容重、帶面系數(shù)、傾角系數(shù)、速度系數(shù)。式（1）算出的帶寬按照式（2）進(jìn)行核算帶寬是否滿足輸送物料最大粒度的要求，若是不符合，則在該帶寬的基礎(chǔ)上選擇更大規(guī)格的輸送帶。

1.2 功率計(jì)算

簡易計(jì)算方法中提出的傳動滾筒軸功率計(jì)算，是針對水平投影長度小于80m而提供的，不能適應(yīng)所有帶式輸送機(jī)的要求，故具有一定的局限性，為了能夠適應(yīng)長距離的輸送機(jī)，本文采用長度系數(shù)k′來進(jìn)行修正以滿足長距離帶式輸送機(jī)的計(jì)算要求，從而優(yōu)化簡易計(jì)算法并使用其具有通用性。

通過式(3)可計(jì)算出帶式輸送機(jī)的傳動滾筒軸功率N0，此式中k1Lv、k2LQ分別代表輸送帶及托輥部分運(yùn)轉(zhuǎn)功率、物料水平運(yùn)輸功率；0.00273QH代表物料垂直提升功率，針對下行皮帶機(jī)取負(fù)值；N′為卸料器及導(dǎo)料槽附加功率；k3、k4分別代表附加功率系數(shù)、卸料器功率系數(shù)。

式(4)可計(jì)算得到帶式輸送電動機(jī)功率N，其中K、μ分別代表功率備用系數(shù)及總傳動效率。

表1 帶式輸送機(jī)計(jì)算方法比較

1.3 張力計(jì)算

輸送帶張力在整個(gè)長度上是變化的，影響因素眾多，為保證輸送機(jī)的正常運(yùn)行，輸送帶張力必須滿足以下兩個(gè)約束條件：（1）輸送帶在正常運(yùn)行下，不能與傳動滾筒間發(fā)生打滑。（2） 作用在輸送帶上的張力必須大，使輸送帶在兩組承載托輥間保持垂度小于一定值。

為了滿足約束條件1條件，采用以下的計(jì)算方法：

通過式（5）（6）（7）可計(jì)算得到圓周力F、驅(qū)動滾筒處輸送帶繞入點(diǎn)張力S及繞出點(diǎn)張力S′。其中F表示作用于驅(qū)動滾筒上的圓周力，其值為帶式輸送機(jī)運(yùn)行過程中的所有阻力之和，eμα代表了歐拉系數(shù)。采用上述公式計(jì)算后，還須按輸送帶允許的下垂度驗(yàn)算其最小張力點(diǎn)的張力從而可最終確定S及S′。為了滿足約束條件2，作用在輸送帶上任意一點(diǎn)的張力Fmin，需按照（8）（9）進(jìn)行校驗(yàn)。

式（8）（9）分別是滿足承載分支、回程分支的張力要求。其中(h/a)adm表示允許最大垂度，a0、aμ分別表示承載上托輥、回程下托輥間距。qG，qB分表代表每米回程分支質(zhì)量、每米長度輸送帶質(zhì)量。

基于以上2個(gè)約束條件計(jì)算后，可按照式（10）可計(jì)算出沿帶式輸送機(jī)上各個(gè)點(diǎn)上的張力。

式(10)中Si、Si-1表示輸送帶第i、i-1點(diǎn)張力，F(xiàn)i表示i至i-1點(diǎn)之間的所有阻力之后。

2 軟件實(shí)現(xiàn)

圖1 帶式輸送機(jī)計(jì)算系統(tǒng)輸入界面

圖2 帶式輸送機(jī)計(jì)算系統(tǒng)主界面

基于以上的優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，采用高級程序設(shè)計(jì)語言，并同時(shí)考慮軟件的通用性及易用性，開發(fā)出了相應(yīng)的帶式輸送機(jī)計(jì)算程序。圖1、圖2分別為本系統(tǒng)的兩個(gè)主要操作界面。工藝參數(shù)輸入界面如圖1所示，用戶可以依據(jù)實(shí)際帶式輸送機(jī)工藝需求進(jìn)行編輯，對于常用參數(shù)，用戶直接用鼠標(biāo)點(diǎn)擊下拉列表框進(jìn)行選擇，極大的方便了用戶操作。在實(shí)際計(jì)算過程中，若用戶想通過本系統(tǒng)計(jì)算帶寬，在圖1中將帶寬參數(shù)置0。待所用工藝參數(shù)輸入完畢之后，通過本系統(tǒng)可以保存為Excel文件格式。計(jì)算結(jié)果界面如圖2所示。計(jì)算結(jié)果可直接保存為文本文件或者Word文件，從而方便帶式輸送機(jī)選型工作的需要。

3 結(jié)語

在總結(jié)了有關(guān)帶式輸送機(jī)的計(jì)算方法基礎(chǔ)上，提出了一種優(yōu)化的簡易計(jì)算模型，并以此進(jìn)行優(yōu)化并開發(fā)了相應(yīng)的計(jì)算軟件，通過研究主要取得以下幾點(diǎn)成果。

（1）基于簡易計(jì)算方法，結(jié)合筆者公司多年關(guān)于帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)用，提出了相對更合理、更準(zhǔn)確的優(yōu)化模型；通過多年現(xiàn)場驗(yàn)證該方法準(zhǔn)確、可靠。（2）依據(jù)提出的優(yōu)化模型，采用高級程序設(shè)計(jì)語言實(shí)現(xiàn)了相對完善的帶式輸送機(jī)計(jì)算系統(tǒng)，并且通過在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中的使用，證明了該系統(tǒng)操作簡單、功能完備，能夠準(zhǔn)確計(jì)算出帶式輸送機(jī)選型所需數(shù)據(jù)，極大的提高了設(shè)計(jì)工作效率。

[1]一機(jī)部帶式輸送機(jī)聯(lián)合設(shè)計(jì)組.TD75 型通用固定式帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)選用手冊[M].1980.

[2]北京起重機(jī)運(yùn)輸機(jī)械研究所. DTⅡ(A)型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2003.

TH222

A

1671-0711（2016）12（上）-0087-03