DTⅡ（A）型帶式輸送機驅動能力校核

趙永昌，安慶龍，多軍霖，范旭庚

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北唐山 063200）

0 引言

帶式輸送機是一種普遍使用的輸送機械設備，廣泛應用于煤炭、冶金、建材、礦山等工業領域。20 世紀下半葉以來，我國帶式輸送機設計水平突飛猛進，通用型號從TD60、TD62、TD72 發展到TD75，后又由TD75 型、DTII 型更新換代到更為先進的DTII（A）型帶式輸送機。DTII（A）型帶式輸送機設計規格寬泛，結構先進，安裝便捷，實用性強，煉鐵工廠的焦炭、燒結礦、球團礦運輸普遍采用此種輸送機。

帶式輸送機是燒結生產工藝中的重要設備，如果說燒結機是燒結廠的心臟，那么帶式輸送機就是整個工廠的血管，主上料皮帶像主動脈，直接影響燒結生產作業率、生產效率等指標。一臺套帶式輸送機服役期往往在數十年以上，伴隨著生產工藝更新、工作環境的改變，經常會對輸送機進行不同程度的改造，以應對實際使用中暴露的設備問題。在這種情況下，輸送機圓周驅動力和電機功率的校核將十分重要。

1 帶式輸送機圓周驅動力分析

1.1 帶式輸送機典型結構

帶式輸送機的典型結構如圖1 所示，輸送帶采用尼龍帶、聚酯帶或鋼絲繩芯帶，驅動裝置一般為電機或液壓馬達驅動，利用輸送帶和驅動滾筒之間的摩擦力傳輸力矩。托輥陣列為輸送帶提供支撐力，使用車式拉緊或重錘拉緊裝置，安裝有各類清掃器。

圖1 帶式輸送機典型機構

1.2 圓周驅動力分析

帶式輸送機正常運轉需要克服以下阻力。

（1）主要阻力：輸送帶（含運輸物料）和所有支撐托輥及回程托輥旋轉產生的阻力。

（2）附加阻力：輸送帶（含運輸物料）和除傳動滾筒外的所有改向滾筒、增面滾筒之間的阻力。物料加速至輸送帶帶速過程中克服的慣性阻力和摩擦阻力。

（3）主要特種阻力：托輥前傾的摩擦阻力。被輸送物料與導料槽欄板之間的摩擦阻力。

（4）附加特種阻力：輸送帶和清掃器、卸料器之間的摩擦阻力。

（5）傾斜阻力：輸送機如果有傾角，要克服傾斜阻力。

理論上講，輸送機的驅動裝置提供的圓周驅動力大于以上阻力之和，就能滿足正常使用要求。

2 計算公式

2.1 圓周驅動力表達式

輸送機的驅動裝置提供的圓周驅動力為所有阻力之和：FU=FH+FN+FS1+FS2+FSt

對于機長超過80 m 的帶式輸送機，其主要阻力遠大于附加阻力，一般引用系數C，簡化附加阻力的計算，計算結果偏差不大。算式可簡化為：FU=C×FH+FS1+FS2+FSt。

其中：FH是主要阻力，FN是附加阻力，FS1是主要特種阻力，FS2是附加特種阻力，FSt是傾斜阻力，C 是附加阻力系數。

2.1.1 主要阻力計算方法

主要阻力是輸送帶（含運輸物料）和所有支撐托輥及回程托輥旋轉產生的阻力之和，計算式：

其中：f 為模擬摩擦因數，可查表；L 是帶式輸送機長度，即頭尾滾筒中心距，單位m；g 是重力加速度，單位m/s2；δ 為帶式輸送機傾角，單位°；qRO和qRU分別是承載分支托輥組、回程分支托輥組每米長度旋轉部分重量，單位kg/m；G1是承載分支每組托輥旋轉部分重量，單位kg，可查表；a0是承載分支托輥間距，單位m；G2是回程分支每組托輥旋轉部分重量，單位kg，可查表；au是回程分支托輥間距，單位m；qB是單位長度輸送帶重量，單位kg/m，可參照廠家數據或查表；qG是單位長度輸送物料重量，單位kg/m。

2.1.2 主要特種阻力計算方法

主要特種阻力FS1（N）包含托輥前傾摩擦阻力Fε（N）和輸送物料與導料槽攔板間的摩擦阻力Fgl（N）。計算式：FS1=Fε+Fgl。

計算Fε：①前傾上托輥摩擦力計算，Fε1=Cεμ0Lε（qB+qG）gcos δsinε；②前傾下托輥摩擦力計算，Fε2=μ0Lε'qBgcos λcos δsinε。當上下托輥都前傾時，Fε=Fε1+Fε2。

其中：Cε是槽型系數，槽角30°時取0.4，槽角35°時取0.43，槽角45°時取0.5；μ0是托輥和輸送帶間的摩擦因數，一般取值范圍0.3～0.4；Lε是裝有前傾上托輥的輸送機長度，單位m；Lε' 是裝有前傾下托輥的輸送機長度，單位m；ε 是托輥前傾角度，單位°；δ 是帶式輸送機傾角，單位°；λ 是下托輥軸線與水平線夾角，單位°。

其中：ρ 是運輸物料密度，單位kg/m3；v 是皮帶運輸速度，單位m/s；l 是導料槽欄板長度，單位m；b1是導料槽兩攔板間寬度，單位m，可查表或設計圖紙；μ2是物料與導料攔板間的摩擦因數，一般取值范圍0.5～0.7。

2.1.3 附加特種阻力計算方法

附加特種阻力FS2（N）包括清掃器摩擦阻力Fr（N）和犁式卸料器摩擦阻力Fa（N），計算式：FS2=n×Fr+Fa，Fr=A×P×μ3，Fa=B×k2。

其中：n 是清掃器數量，包括頭部清掃器和空段清掃器；A是單個清掃器和輸送帶的接觸面積，單位m2；p 是清掃器和輸送帶間的壓力，單位N/m2，一般取值范圍（3～10）×104N/m2；μ3是清掃器和輸送帶間的摩擦因數，一般取值范圍0.5～0.7；k2是刮板系數，一般取1500 N/m。

2.1.4 傾斜阻力計算方法

傾斜阻力FSt（N）計算式：FSt=qG×g×H 。

其中：H 是輸送機受料點和卸料點間的高差，輸送機向上提升時取正值，向下運輸時取負值，單位m。

2.2 理論電機功率計算

其中：η 是傳動效率，一般取值范圍0.85～0.95；η1是聯軸器效率，機械式聯軸器取0.98，液力耦合器取0.9，其他聯軸器可按照設計參數取值；η2是減速機傳動效率，每級齒輪傳動效率取0.98，二級減速機η2=0.98×0.98=0.96，以此類推；η'是電壓降系數，一般取值范圍0.90～0.95；η'' 是多機驅動功率不平衡系數，一般取值范圍0.90～0.95，單電機驅動時η''=1。

3 EXCEL 計算工具設計

為了提高計算效率，利用EXCEL 函數功能對計算公式進行編譯，對相關資料進行整合，便于使用。

3.1 表格設計

按照需求設計表格字段，包括參數輸入區域和計算結果區域，如圖2 所示。

圖2 計算工具設計

3.2 公式編譯和資料整合

對公式推導內的公式進行編譯，將可查表的資料整合進EXCEL。公式編譯時要注意三角函數角度和弧度的轉換。通過設計手冊，可查表的數據有導料板間寬度b1，清掃器的接觸面積A，附加阻力系數C，輸送帶和托輥的摩擦因數f，托輥組旋轉部分重量G1、G2，每米輸送帶重量qB，物料堆積密度ρ，槽型系數Cε。將資料整合進Sheet（工作表）表，在輸入方式標注“查表”，并在“查表”創建超鏈接至相應資料所在的Sheet 表內。同時在資料Sheet 表內設置“返回”按鍵，超鏈接至計算工具表格。

4 實例運用

4.1 問題描述

某燒結廠混勻礦運輸主皮帶機結構如圖3 所示：單滾筒雙電機驅動，單電機功率為P'=160 kW，380 V。輸送能力Q=1500 t/h，物料堆積密度ρ=1600 kg/m3，頭尾輪水平距Ln=172.75 m，機長L=176.6 m，提升高度H=37 m，提升角度δ=17°，帶寬B=1400 mm，帶速v=1.6 m/s。使用鋼繩芯膠帶厚度18 mm；上托輥間距a0=1 m，上托輥為Φ133 mm 槽型托輥，槽角λ=35°，前傾角度ε=1°30'；下托輥間距au=3 m，下托輥為Φ133 mm 平行下托輥，不前傾。

圖3 某燒結廠混勻礦帶式輸送機

生產工程中，因單驅動故障造成輸送機重停，對生產穩定造成影響，擬對輸送機驅動系統進行改造，現對輸送機驅動能力進行校核。

4.2 計算過程

4.2.1 計算主要阻力FH

由上文算式：FH=f×L×g×［qRO+qRU+（2qB+qG）cos δ］。帶式輸送機所載物料潮濕，多粉塵，存在皮帶粘料情況，因此摩擦因數f 按照多塵、物料摩擦大和過載工況取0.025，G1、G2 查尋設計資料分別為24.63 kg、22 kg。

4.2.2 計算主要特種阻力FS1

上托輥前傾，查詢槽型系數Cε=0.43，托輥與輸送帶間摩擦因數取μ0=0.4，查詢設計資料，裝有前傾上托輥的長度Lε=170 m；安裝導料板的長度l=10 m。

4.2.3 計算附加特種阻力FS2

根據設計資料，輸送機安裝4 個清掃器，每個清掃器接觸面積A=0.017 m2，清掃器與皮帶的壓力查表取較大值p=80 000 N/m2，清掃器與皮帶摩擦因數查表取較大值μ3=0.6，刮板系數取k2=1500 N/m2。

4.2.4 計算傾斜阻力FSt

輸送機提升高度為H=37.3 m。

4.2.5 計算圓周驅動力

此帶式輸送機機長為176.6 m，大于80 m，可以選取附加阻力系數C，簡化附加阻力計算。查表，按照150 m 皮帶長度取較大值，C=1.58。

4.2.6 計算理論電機功率

按照設計資料，此帶式輸送機采用減速機為三級傳動，高速端使用液力偶合器，傳動效率η=0.98×0.98×0.98×0.9=0.847，電壓降系數取η'=0.92，多機驅動功率不平衡系數η''=0.95。

4.3 EXCEL 計算工具驗證

輸入相關參數后，設計表格工具計算結果如圖4 所示：圓周驅動力FU=129 911.31 N，雙電機理論電機功率PM=280.8 kW。多機驅動功率不平衡系數取1 時，計算單電機理論電機功率。與手動計算結果基本一致，驗證表格計算工具公式無誤。

圖4 計算工具計算結果

4.4 驅動能力評估

輸送機采用單滾筒雙電機驅動，單電機功率為P'=160 kW，380 V，實際驅動總功率P=320 kW，理論電機功率PM=280.8 kW，P＞PM，因此雙驅動同時運行情況下，輸送機的驅動能力符合設計要求；單驅動情況，P'＜PM，不能驅動帶式輸送機帶料運行。因此單側電機、減速機、液力耦合器、制動器等任何一個裝置發生故障，都會導致降負荷生產。通過計算工具，上料量為750 t/h時，理論驅動電機功率為151.9 kW，即單側驅動需將上料量降至750 t/h 以下。

此輸送機為燒結機主上料皮帶，是極為重要的生產設備，需要對輸送機驅動重新設計改造，提高其容錯性?；诒敬斡嬎銛祿?，單電機驅動時，理論電機功率PM'=266.7 kW，因此，可提高單電機功率至266.7 kW 以上，雙電機驅動改為一用一備更有利于穩定生產。

5 結論

介紹了DTII（A）型帶式輸送機圓周驅動力和理論驅動電機功率的計算方法，將計算公式、數據資料整合進EXCEL 內，形成簡易的計算工具，方便大量同類型的帶式輸送機驅動數據的計算校核。對某燒結廠混勻礦帶式輸送機驅動能力進行校核，分別以手動計算和工具計算兩種方式計算其理論電機功率，得到結果一致。結果驗證此輸送機驅動能力雖符合設計要求，但是沒有容錯性，應對驅動進行改良。計算結果可為其后續改造提供數據支撐。