可逆配倉(cāng)帶式輸送機(jī)行走驅(qū)動(dòng)原理探討

羅 軍，楊 敏，李成立

(衡陽(yáng)運(yùn)輸機(jī)械有限公司，湖南 衡陽(yáng) 421002)

1 引言

可逆配倉(cāng)帶式輸送機(jī)常用于鋼鐵鋼鐵冶煉廠布料，煤炭集運(yùn)站集運(yùn)，可實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)輸，可逆行走，多點(diǎn)卸載。具有負(fù)載能力大、運(yùn)行阻力小、建設(shè)成本小。目前國(guó)內(nèi)對(duì)可逆配艙帶式書(shū)機(jī)行走機(jī)構(gòu)的種類(lèi)選取還沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)范，工程上的項(xiàng)目大部分是參照起重機(jī)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[2]及類(lèi)似案列。本文介紹了可逆配倉(cāng)帶式輸送機(jī)的行走驅(qū)動(dòng)原理及分析比較不同驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)。

2 車(chē)輪與軌道摩擦力驅(qū)動(dòng)可逆配倉(cāng)輸送機(jī)行走原理

在可逆配倉(cāng)輸送機(jī)的機(jī)架上安裝有減速電機(jī)，減速電機(jī)與行走驅(qū)動(dòng)輪之間能過(guò)中間結(jié)構(gòu)(鏈條、鍵、脹套)聯(lián)結(jié)，當(dāng)減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，行走驅(qū)動(dòng)輪跟著一起轉(zhuǎn)動(dòng)，輪子與軌道之間就產(chǎn)生了摩擦力，從而推動(dòng)整個(gè)配倉(cāng)輸送機(jī)行走 。

在帶式輸送機(jī)行業(yè)中，可逆配倉(cāng)帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)行走的普遍設(shè)計(jì)原理是依靠行走驅(qū)動(dòng)輪與鋼軌的摩擦力來(lái)傳動(dòng)。當(dāng)可逆配倉(cāng)輸送機(jī)行走剛啟動(dòng)時(shí)是靠驅(qū)動(dòng)輪與鋼軌之間的粘著力牽引，粘著力牽引它介于靜摩擦力與動(dòng)摩擦力之間，當(dāng)可逆配倉(cāng)輸送機(jī)剛開(kāi)始行走時(shí)驅(qū)動(dòng)輪上的力只能等于而不能大于粘著力，粘著力也必須得大于可逆配艙輸送機(jī)的總運(yùn)行阻力f，否則驅(qū)動(dòng)輪就會(huì)在鋼軌上出現(xiàn)打滑，使可逆配倉(cāng)輸送機(jī)行走牽引力極具下降甚至消失。鋼軌與驅(qū)動(dòng)輪的粘著系數(shù)μ、粘著重量G是配倉(cāng)輸送機(jī)所有驅(qū)動(dòng)輪作用于鋼軌的垂直重量之和、粘著牽引力F1，他們之間建立有如下關(guān)系：

F1=G×μ

(1)

可逆配倉(cāng)輸送機(jī)的粘著重量G它也是固定值,G確定后，就由粘著系數(shù)μ決定著粘著牽引力，從而決定與之匹配的驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)功率。可以根據(jù)可逆配倉(cāng)輸送機(jī)行走速度V、傳動(dòng)效率η,計(jì)算出所需的所需功率Pm1:

Pm1=F1×v/η

(2)

粘著系數(shù)的取值，它同許多因素有關(guān)，主要的有：①驅(qū)動(dòng)輪受力狀態(tài)。驅(qū)動(dòng)輪受力越是均衡、穩(wěn)定，粘著系數(shù)就越大。②驅(qū)動(dòng)輪踏面和鋼軌的表面狀態(tài)。表面越是平整、干燥，粘著系數(shù)就越大，如果表面不平、潮濕或有霜、雪、冰、油垢等，則粘著系數(shù)就降低；③運(yùn)行速度。粘著系數(shù)隨速度提高降低。

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和一些參考資料，可逆配倉(cāng)帶式輸送機(jī)的粘著系數(shù)一般μ取0.15～0.2，表1為部分國(guó)家規(guī)定的鐵道粘著系[1]。

表1 部分國(guó)家規(guī)定的鐵道粘著系

對(duì)于軌道安裝良好、車(chē)輪在軌道上不跑偏的可逆皮帶輸送機(jī)它的行走的總阻力主要是由輪子的滾動(dòng)阻力和軸徑處的軸承阻力組成。總運(yùn)行阻力f計(jì)算公式：

f=f1+f2

(3)

f1=μ1×P

(4)

f2=μ2×(d/D)×P

(5)

式(3)～式(5)中f1為可逆配艙的行走輪與鋼軌的滾動(dòng)摩擦力；f2為可逆配艙的行走輪出軸頸部的摩擦阻力；P為可逆配倉(cāng)輸送機(jī)自身重量與物料重量之和；d為軸承內(nèi)徑；D為行走輪直徑；μ1為車(chē)輪在軌道上滾動(dòng)摩擦系數(shù)，一般取0.006～0.008(表2)。

表2 輪子的滾動(dòng)阻力系數(shù)μ1

μ2為滾動(dòng)軸承摩擦系數(shù)，此值跟軸承的安裝與潤(rùn)滑情況有關(guān)，很難定量的給出一個(gè)精確的值，根據(jù)簡(jiǎn)明機(jī)械手冊(cè)中[3]的推薦和經(jīng)驗(yàn)，μ2取0.005(表2)。

表3 摩擦副的摩擦系數(shù)μ2

要使可逆配倉(cāng)輸送機(jī)在軌道上行走，需建立平衡條件F>f[4]，對(duì)于水平機(jī)長(zhǎng)和運(yùn)量很大的輸送機(jī)，很難做到使整個(gè)配倉(cāng)輸送機(jī)瞬間啟動(dòng)，因?yàn)閯倖?dòng)需克服的是靜摩擦阻力，靜摩擦阻力比正常運(yùn)行時(shí)的滾動(dòng)摩擦阻力大很多，會(huì)導(dǎo)致粘著牽引力F<整個(gè)配倉(cāng)輸送機(jī)的靜摩擦阻力。為了能解決該問(wèn)題，工程上常用的技術(shù)手段是把可逆配倉(cāng)輸送機(jī)機(jī)架分成了n節(jié)機(jī)架，每節(jié)機(jī)架之間是通過(guò)一個(gè)鉸相連接，鉸之間是有空隙的，這樣做的好處是在當(dāng)可逆配倉(cāng)輸送機(jī)行走靜止啟動(dòng)時(shí)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)輪一節(jié)一節(jié)的帶動(dòng)機(jī)架行走，此時(shí)克服的阻力是一節(jié)機(jī)架的靜摩擦力和n-1機(jī)架的動(dòng)摩擦力，這樣啟動(dòng)阻力就小很多,而且很容易就帶動(dòng)整個(gè)可逆配倉(cāng)輸送機(jī)

3 鏈條與鏈輪嚙合力驅(qū)動(dòng)可逆配倉(cāng)輸送機(jī)行走原理

在可逆配倉(cāng)輸送機(jī)的機(jī)架上安裝帶有鏈輪的減速電機(jī)，鏈條繞過(guò)鏈輪，鏈條兩端與構(gòu)筑物固定，當(dāng)減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)鏈條與鏈輪的嚙合就可以帶動(dòng)可逆配倉(cāng)帶式輸送機(jī)整體行走，不依靠摩擦力驅(qū)動(dòng)，避免了很多不確定的因素，增加了可逆配倉(cāng)輸送機(jī)正常運(yùn)行的可靠度。這種原理的鏈輪與鏈條的嚙合力F2計(jì)算公式：

F2=f

(6)

總運(yùn)行阻力f計(jì)算公式：

f=f1+f2

(7)

f1=μ1×P

(8)

f2=μ2×(d/D)×P

(9)

式(6)～(7)中，f1為可逆配艙的行走輪與鋼軌的滾動(dòng)摩擦力； f2為可逆配艙的行走輪出軸頸部的摩擦阻力； μ1為車(chē)輪在軌道上滾動(dòng)摩擦系數(shù)，一般取0.006～0.008； 知道了總阻力就可以根據(jù)可逆配倉(cāng)輸送機(jī)行走速度V、傳動(dòng)效率η，計(jì)算出所需的所需功率Pm2，計(jì)算公式：

Pm2=F2×v/η

(10)

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)比較可逆配倉(cāng)帶式輸送機(jī)的建設(shè)成本、使用費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用，選擇出合適的驅(qū)動(dòng)原理設(shè)計(jì)可逆配輸送機(jī)的行走。 第一種般對(duì)于那種水平機(jī)長(zhǎng)不是很長(zhǎng)(小于50m)、輸送量不是很大的(小于1000t/h)的可逆配艙輸送機(jī)宜選取第一種驅(qū)動(dòng)方法較經(jīng)濟(jì)，驅(qū)動(dòng)原理是依靠驅(qū)動(dòng)輪與鋼軌之間的摩擦力，因?yàn)闄C(jī)長(zhǎng)較短，積壓在整個(gè)皮帶機(jī)上的物料較輕，設(shè)計(jì)時(shí)把驅(qū)動(dòng)輪放在靠近頭部的位置，此時(shí)驅(qū)動(dòng)輪處分擔(dān)的重量應(yīng)該大于整機(jī)重量的1/10，依靠頭部一處驅(qū)動(dòng)很容易的就帶動(dòng)整機(jī)行走；第二種對(duì)于那種水平機(jī)長(zhǎng)在50～200m之間的、輸送量不是很大1000～4000t/的可逆配艙輸送機(jī)選取何種驅(qū)動(dòng)方式要綜合考慮，在工程上很多是通過(guò)增加驅(qū)動(dòng)輪數(shù)量，在整機(jī)的頭尾及中部都布置驅(qū)動(dòng)輪，增加驅(qū)動(dòng)摩擦力，從而驅(qū)動(dòng)整條皮帶機(jī)，這樣做也有個(gè)弊端，很難做到每處驅(qū)動(dòng)都同步。也有些工程上用鏈輪與鏈條的嚙合力來(lái)驅(qū)動(dòng)，在整條皮帶機(jī)行程內(nèi)都布上鏈條，依靠鏈輪的旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)整條皮帶機(jī)的移動(dòng)，這種方案設(shè)計(jì)時(shí)有點(diǎn)麻煩，需要在行程內(nèi)鋪設(shè)一個(gè)裝鏈條的盒子，占用空間較多，但這種傳的平穩(wěn)可靠，建設(shè)及使用成本也較低，減少了電機(jī)數(shù)量，降低了耗電量；第三種對(duì)于那種水平機(jī)長(zhǎng)很長(zhǎng)(大于200m)、輸送量很大(大于4000t/h)的可逆配艙輸送機(jī)宜選取第二種驅(qū)動(dòng)方法較經(jīng)濟(jì)，依靠鏈輪與鏈條來(lái)驅(qū)動(dòng)，不僅造價(jià)低，而且耗電量也少，因?yàn)檫@種長(zhǎng)距離，大運(yùn)量的膠帶機(jī)，整機(jī)的設(shè)備與物料重量肯定會(huì)很高，僅僅依靠某處的重量來(lái)驅(qū)動(dòng)整機(jī)是很困難的，此處的驅(qū)動(dòng)摩擦力跟整機(jī)的阻力相比是很小的，當(dāng)然可以增加驅(qū)動(dòng)輪的數(shù)量，但這不經(jīng)濟(jì)，而且耗電量高，所以用鏈條與鏈輪來(lái)驅(qū)動(dòng)是最經(jīng)濟(jì)而且最合理的方案。當(dāng)然設(shè)計(jì)者還得考慮設(shè)備所處環(huán)境及工藝條件等因素的限制，綜合選取。