下運帶式輸送機的設計

摘要：近幾年，隨著礦山、煤礦的現代化開采以及水電站等的開發建設，下運帶式輸送機已越來越多地應用于下運物料的輸送當中。本文通過對下運帶式輸送機的特點及系數取值的分析，全面探討下運輸送機的驅動圓周力、膠帶張力以及驅動、制動與拉緊裝置的設計計算方法。對于下運輸送機特別是布置線路復雜的下運帶式輸送機，分段分區計算，以求出輸送機在發電與電動工況時功率與張力的極大值，然后進行準確的設計，以達到經濟合理、運行可靠。

關鍵詞：下運;帶式輸送機;設計計算;結構布置

近幾年，隨著礦山、煤礦的現代化開采以及水電站等的開發建設，下運帶式輸送機已越來越多地應用于下運物料的輸送當中，并有朝著長距離、大運量、大傾角等方向發展的趨勢，而現行的設計選用手冊及規范對此的論述較為簡略。下面從設計計算與結構布置等兩方面對下運帶式輸送機的設計加以分析、計論。

1.下運帶式輸送機的設計計算

1.1 驅動圓周力的計算

下運帶式輸送機存在兩種工作狀態，即正功電動和負功發電。因此，下運輸送機的計算應分電動和發電兩種工況進行計算。對于線路布置簡單、單一角度下運的輸送機只需計算滿載下運發電和空載電動運行兩種情況;但對于角度有變化，或是布置呈V字形，亦或呈多V組合的波浪形等布置形式和工況較復雜的下運輸送機，計算時應以有利于計算出最大圓周驅動力和驅動功率為原則，對可能出現的情況分段分區討論計算，即：計算發電工況時，若滿載時的阻力為負值即按滿載計算，若滿載時的阻力為正值就按空載計算。電動工況則反之。

摸擬摩擦系數的選擇，由帶式輸送機設計手冊[1][2]圓周驅動力計算公式FU=fLg[qR0+qRU+（2qB+qG）] +FN+FS1+FS2+FSt可知：摸擬摩擦系數f值需根據工況條件和安裝水平等確定，且其與輸送機長度成倍數關系，對圓周驅動力影響大。因此，為輸送機的安全可靠運行，特別是為防止下運皮帶機出現飛車的情況，摸擬摩擦系數f的取值也應使輸送機的圓周驅動力向大值取為原則，即：輸送機電動做功時摸擬摩擦系數f取大值，發電工況時取小值（如取f= 0.012 ）。

1.2 驅動功率的計算。

由傳動功率計算式PA=FUv，得：驅動功率PM=KdPAη2

式中：PM---驅動電機功率（Kw） ? ?PA---驅動滾筒軸功率（Kw） ? ?FU---驅動園周力（kN）

v--帶速（m/s） ? ? ? ? ? ?η2--傳動效率 ? ? ? ? ? ? ?Kd--電機備用系數

對于下運帶式輸送機為避免因給料不均、給料過量或供電電壓降低而導致電機驅動力減少進而造成輸送機失控而發生飛車的現象，孫可文[3]認為電機備用系數應取Kd=1.3～1.4，而煤礦標準[4]和DTⅡ（A）設計選用手冊[2]推薦電機備用系數取Kd=1.0～1.2。考慮當今電機制造工藝水平和過載能力的提高并根據以往經驗，筆者認為電機備用系數取Kd=1.05～1.2，對于長距離、大傾角下運輸送機通常取Kd=1.2。

1.3 膠帶張力的核算。

對于普通型的帶式輸送機來說，按正常滿載運行并運用膠帶的逐點張力計算法即能求得各點的張力值;但對于下運帶式輸送機，由于其圓周驅動力為負值，方向向下，而下運制動時的慣性力方向也同為向下，由制動力計算式FB=Fa-FU*=Fa-FU（下運輸送機摩擦力FU*和驅動力FU等值）可知，制動力FB為慣性力Fa和驅動圓周力FU的數值總和。因此，下運帶式輸送機膠帶的張力計算除按正常滿載下運計算外，還必須校核制動狀態下膠帶不打滑時的張力與最大張力等，校核制動狀態下的膠帶張力時，我們應將最大制動力作為最大圓周驅動力代入膠帶不打滑條件式（此時的制動力不必再乘以啟制動系數KA值）求出制動時的最小張力，然后再采用逐點張力法求出膠帶機在制動狀態下的膠帶張力值。比較制動和滿載時膠帶張力，取其大者，這樣，就保證了下運輸送機在所有工況下均不會因膠帶張力不夠而出現打滑的現象。

2.驅動裝置的設計及結構布置

2.1驅動裝置的布置。驅動裝置的布置方式應依據下運帶式輸送機的線路走向及膠帶張力荷載等因素確定，其根本目的是：降低膠帶的張力，減少輸送系統所受荷載;確保輸送機安全、穩定運行，啟制動響應快，操控方便等。由此，我們將下運帶式輸送機的線路布置分二種情況討論：

2.1.1下運帶式輸送機的線路布置全部為下行運行情況。

首先，分析輸送機的膠帶張力特性，下運帶式輸送機滿載運行時的承載分支阻力為負值，方向向下，下運輸送機上部滾筒奔離點的張力=下部滾筒奔入點的張力+承載分支阻力的絕對值，倘若驅動裝置布置于下部滾筒（機頭），為保證膠帶的下垂度和不打滑限制則勢必造成上部滾筒奔離點的張力非常大。其次，由于下運輸送機慣性力方向向下，制動時其膠帶張力為運行張力與制動力的同向疊加，因此其上部滾筒奔離點的張力則更大，膠帶及其它部件選型也隨之加大，同時膠帶張力過大也不利于下運輸送機的運行。因此，對于該種布置線路的下運輸送機，其驅動裝置應設置在下運輸送機的上部位置即機尾部為宜，若實在無空間可能也應設在靠近機尾部的回程段，如圖1。

2.1.2下運帶式輸送機的線路布置呈V字形或多V組合的波浪形。

對于該種情形，應先分別計算上行阻力和下行阻力，若上行阻力較下行阻力大或比較接近，則驅動裝置應為兩端平衡布置，如圖2。

尾部驅動裝置起克服下行阻力，拽拉下行膠帶，頭部驅動起克服上行阻力，牽引上行膠帶的作用。若上行阻力要遠大于或遠小于下行阻力，則此時的驅動裝置就應布置在輸送機的頭部或者尾部，因為，此時應考慮主要阻力，而只須兼顧校核影響較小的情況。

2.2 驅置裝置的設計分析及結構特點。

對于下運帶式輸送機，驅動裝置的設計關鍵在于其下運時的啟動與制動的設計，下面分別說啟動與制動兩個方面深入分析與探討。

2.2.1啟動裝置設計及其結構特點

因下運輸送機滿載運行時的驅動力為負值，若滿載啟動則輸送機具有在負載作用下自啟動運行的特點，故下運輸送機的啟動方式應分以下情況計論。

2.2.1.1滿載或有載下運時輸送機負功率很大（如電機功率≥200kW），空載和電動運行時正功率也較大（如電機功率>100kW），這時輸送機的啟動裝置應采用諸如變頻軟啟裝置、電氣軟啟動器及液粘軟啟動裝置等投入和切除均快速的軟啟裝置，以便輸送機在電動工況下延時啟動，減少啟動時對輸送機系統的沖擊并能平衡多電機驅時的功率平衡，輸送機在超速和正常運行時能快速切除。但不能采用液力偶合器作為軟啟動裝置，因為液力偶合是一種液力傳動聯接，通過高速泵輪上的油液推動渦輪轉動輸出轉矩。當下運輸送機超速時，由于液力偶合器為液力軟聯接，響應慢，容易造成電機失效甚至于損壞液力偶合器的葉片而發生飛車現象，且當輸送機在滿載自啟下運達到設定速度時，電機投入也緩慢。

2.2.1.2滿載或有載下運時輸送機負功率較大，而空載和電動運行時正功率很小（如電機功率<45kW）。這種情況的下運輸送機可無需采用軟啟動而采用直接起動以節省費用。因為若輸送機正常空載（電動）啟動時功率小，慣量小，沖擊也小，電機可以直接起動。若輸送機滿載啟動，輸送機在制動控制下可以自行啟動，當達到一定的速度時電機可以直接投入，響應也快，停車亦然。

2.2.1.3滿載或有載下運時輸送機負功率和空載、電動運行時正功率都很小。顯然也采用直接起動。

2.2.2制動裝置設計及其結構特點

在帶式輸送機中常用的制動器有液壓推桿閘瓦制動器、液壓下運制動器和盤式制動器。對于液壓推桿閘瓦制動器，由于其制動力小、反饋聯控不便且制動設置在減速機高速軸上，因此，不適用于下運帶式輸送機上，而僅用于短距離、力矩十常小的下運輸送機上。對于液壓下運制動器，由于它是與減速機高速軸（或電機軸）串聯，系通過變量泵將機械能通過比例閥節流以達到制動目的，因液壓閥均不可避免地存在泄漏，因此，選用液壓下運制動器時應配置機械制動器以將輸送機速度制動為零，該制動器具有超速反饋系統，但該下運制動器制動力矩較小不適用在長距離大力矩的輸送機上，且其設置在減速器高速軸上，制動時對驅動裝置的沖擊較大。對于長距離大制動力矩的下運輸送機應選用直接安裝在低帶軸上的盤式制動器，盤式制動器工作時采用閘頭鉗夾住制動盤以達到制動的目的，閘頭的切除及夾壓力大小需通過電控回路來控制，因此，對于下運盤式制動器必需設置速度檢測裝置，實時檢測速度，即時反饋信號給盤式制動器并在盤式制動器與測速裝置之間建立反饋封閉控制回路，超速即制動減速，速度正常又松閘運行。

3.拉緊裝置的設計及其布置特點。

拉緊裝置的布置位置應區分對待：對于采用垂直重錘拉緊等拉緊力不可調的拉緊方式，拉緊裝置通常設置在張力較小的下部適當位置，即機頭處，以減少拉緊裝置的重量;但對于輸送機長度較長或采用液壓自動拉緊、絞車拉緊等拉緊力隨膠帶張力大小而作調整的拉緊方式，拉緊裝置應設置在靠近機尾驅動滾筒的回程段附近以達到響應快速的目的。

4.結語

通過上文所述，對于下運輸送機特別是布置線路復雜的下運帶式輸送機，我們應分段分區計算，以求出輸送機在發電與電動工況時功率與張力的極大值，然后進行準確的設計，以達到經濟合理、運行可靠。

參考文獻：

[1]機械工業部北京起重運輸機械研究所.DTⅡ型固定式帶式輸送機設計選用手冊[M].北京：冶金工業出版社，1994.

[2]機械工業部北京起重運輸機械研究所等.DTⅡ（A）型帶式輸送機設計手冊[M].北京：冶金工業出版社，2003.

[3]孫可文.帶式輸送機的傳動理論與設計計算[M].北京：煤炭工業出版社，1991.

[4]MT/T467-1996.煤礦用帶式輸送機設計計算[M].北京：煤炭工業部，1997.

作者簡介：劉威，1980-10，男，漢，湖南衡陽，中專，工程師，帶式輸送機設計研究。