淺談料場懸臂膠帶機(jī)張力計(jì)算

呂卓+++呂家歡+++李紹偉

摘 要：堆取料機(jī)是料場中一種常見的散料輸送設(shè)備，文章主要研究懸臂膠帶機(jī)的計(jì)算，采用國際上通用的DIN標(biāo)準(zhǔn)對料場懸臂皮帶的張力計(jì)算進(jìn)行規(guī)范化設(shè)計(jì)，以期能為以后設(shè)計(jì)膠帶機(jī)提供相關(guān)借鑒。

關(guān)鍵詞：懸臂膠帶機(jī)；張力；計(jì)算

堆取料機(jī)目前在我國散料裝卸行業(yè)已獲得普遍使用，其具有動作連續(xù)性，可提高生產(chǎn)率；同時結(jié)構(gòu)比較簡單、構(gòu)造輕巧、能降低投資和運(yùn)行成本。而懸臂膠帶機(jī)正是堆取料機(jī)實(shí)現(xiàn)堆料功能的主要部件，它將物料有序的分割擺放，同時還能均勻布料。為懸臂膠帶機(jī)特點(diǎn)在于上下俯仰，有時還要實(shí)現(xiàn)可逆運(yùn)行，因此我們需要首先了解它的工藝，其次我們需要對各種工況進(jìn)行分析，找出最不利的運(yùn)行條件，進(jìn)而對懸臂膠帶機(jī)各點(diǎn)張力進(jìn)行比較分析，最后得出結(jié)論。下面舉一實(shí)例加以說明。

已知：帶寬B=1400mm，帶速v=4m/s ，物料密度ρ=1.7t/m3（計(jì)算體積），ρ=2.7t/m3（計(jì)算功率）。臂式斗輪取料機(jī)的懸臂膠帶機(jī)計(jì)算遵循DIN 22101《輸送散裝物料的帶式輸送機(jī)計(jì)算及設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》。

膠帶機(jī)頭尾滾筒中心距L=59.761m，物料安息角ic =38°，上托輥間距1m，下托輥間距3m，輥徑159mm，額定輸送能力Q=4000t/h，最大輸送能力Q=4400t/h。

1 體積輸送量和質(zhì)量輸送量

B≤2000mm，

b=0.9×B-50=0.9×1400-50=1210mm

其中：lM-三托輥布置時中間托輥殼體長度，lM=0.53m，β-對于標(biāo)準(zhǔn)流散物料，取β=20°；對于次流散或近似于流散物料，則取β=20°以下至β=0°。為安全起見，取β=15°。

理論體積輸送量：IV，th=3600Athv=2908.8 m3/h，有效裝料系數(shù)：φ =φBetr φSt=0.966，裝料系數(shù)φBetr，當(dāng)加料均勻和輸送帶直線運(yùn)行時，水平直線輸送機(jī)的理論裝料斷面可以被充分利用，則（φ=φBet r=1）。

實(shí)際最大載荷產(chǎn)生的線載荷：mL=Q/3.6V=305.6kg/m

2 穩(wěn)定工況的運(yùn)行阻力和功率消耗

下俯取料工況

在穩(wěn)定工況運(yùn)行時產(chǎn)生的抗力（運(yùn)行阻力）FW從摩擦力、重力和質(zhì)量的總和中得出。輸送機(jī)的功率消耗PW產(chǎn)生于運(yùn)行阻力和運(yùn)行速度： PW=FWv=182 KW

為了計(jì)算，將運(yùn)行阻力分為：

主要阻力FH；附加阻力FN；提升阻力FSt；特種阻力FS。

這些運(yùn)行阻力之和FW，等于從傳動滾筒傳遞到輸送帶上的圓周力FTr：

2.1 主要阻力FH

其中：f-模擬摩擦系數(shù)，選取f=0.020（DIN22101）；L-輸送機(jī)長度（頭、尾滾筒中心距），L=59.761m；g-重力加速度，g=9.81m/s2；mRO-承載分支托輥每米長旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量；mRO=n×q/RO/a0=43.89 kg/m；mRU-回程分支托輥每米長旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量； mRU=n×q/RU/au=13.64kg/m；mG-每米長輸送帶的質(zhì)量；mG=14.6kg/m2；mL-每米長輸送物料的質(zhì)量；mL=Q/3.6v=305.6kg/m

2.2 附加阻力FN

附加阻力是產(chǎn)生在輸送機(jī)個別位置的摩擦阻力和慣性阻力。附加阻力FN的各個部分可用下式計(jì)算： FN=FAuf+FSchb+FGr=4889+477+1008=6374N

a）加料處范圍內(nèi)輸送物料與輸送帶間的慣性阻力和摩擦阻力FAuf：FAuf=Im（v-v0）=4889N

b）在一個加料處的加速區(qū)內(nèi)輸送與導(dǎo)料槽側(cè)板間的摩擦阻力FSchb：

對于3托輥托輥組布置的裝料點(diǎn)，見圖2：

對于一般結(jié)構(gòu)的帶式輸送機(jī)可?。?cSchb cRank=1

其中：Cschb-綜合考慮加料區(qū)段內(nèi)輸送物料和導(dǎo)料槽側(cè)板間由于給定質(zhì)量輸送量的堵塞壓力所引起的附加阻力的系數(shù)；CRank-蘭金系數(shù)，bsch-導(dǎo)料槽的內(nèi)寬，得0.9m，lb-加料區(qū)域內(nèi)加速段長度，μ1-輸送帶與輸送物料間的摩擦系數(shù)0.6，μ2-輸送帶與輸送物料間的摩擦系數(shù)0.6。

c）帶式清掃器的摩擦阻力FGr：

FGr=μ4 pGr AGr=0.6×3×104×1.4×0.02×2=1008N

一般情況下，壓力參數(shù)pGr在0.03N/mm2到0.1N/mm2范圍內(nèi)，摩擦系數(shù)μ4輸送帶與帶式清掃器間的摩擦系數(shù)約在0.6到0.7之間。

其他阻力是輸送帶繞過滾筒時的彎曲阻力和非傳動滾筒的軸承阻力。這兩種阻力相對于前述阻力來說在幾乎所有情況下都小到可以忽略不計(jì)。

2.3 提升阻力FSt

輸送帶和輸送物料，在每個分段的提升阻力：

總提升阻力：

（輸送機(jī)上運(yùn)時：hi>0；δi>0，輸送機(jī)下運(yùn)時：hi<0；δi<0。

2.4 特種阻力FS

2.4.1 前傾阻力FRst

上前傾托輥：FRst=Cεμ0L（mG+ML）gcosδsinε=1372N

下前傾托輥：FRst=μ0LmGgcosλcosδsinε=108N

2.4.2在加料區(qū)外輸送帶與導(dǎo)料槽側(cè)板間的摩擦阻力FSch

3 托輥布置（見圖2）時：

其中：lsch-導(dǎo)料槽側(cè)板長度，得4m

注：摩擦系數(shù)μ2一般在0.5到0.7之間，bSch>lM時，代入lM=bSch；2托輥布置時，代入lM=0；1托輥布置時，代入lM=bSch。

2.4.3 在輸送區(qū)段上轉(zhuǎn)載物料裝置的阻力FGa

懸臂膠帶機(jī)在輸送區(qū)段上未發(fā)生物料從側(cè)向轉(zhuǎn)運(yùn)出去，故FGa=0endprint

FS=FRst+FSch+FGa=1882N

3 輸送帶張力和拉緊力

帶式輸送機(jī)的運(yùn)行工作需要最小輸送帶張力，以便能夠通過傳動滾筒上的摩擦力將力傳遞到輸送帶，限制輸送帶的垂度以正確無誤地導(dǎo)引輸送帶。

3.1 傳遞滾筒圓周力的最小輸送帶張力

在單獨(dú)驅(qū)動或制動滾筒上，通過摩擦力傳遞在起動、制動或穩(wěn)定工況下出現(xiàn)的滾筒圓周力，需要一定的最小輸送帶繞入張力FT1和繞出張力FT2。圖3表示為該兩個力及最大滾筒圓周力FTr，，max>0的情況：

最小繞入張力和繞出張力

FT1-FT2=FTr FT1/FT2≤eμx

式中α以弧度為單位代入，由此得出：

其中：μ-輸送帶與滾筒間的摩擦系數(shù)，取μ=0.35，α-滾筒的圍包角，根據(jù)IMK提供的資料，α=π，e-自然對數(shù)的底（e=2.71828......），pA-起動系數(shù)，取 pA=1.5。

3.2 限制輸送帶垂度及保證輸送帶正確導(dǎo)向的最小輸送帶張力

為了帶式輸送機(jī)的技術(shù)優(yōu)化，輸送帶相對垂度hrel的計(jì)算，其最大值與托輥間距有關(guān)，在穩(wěn)定工況必須限制在0.01以下，在非穩(wěn)定工況下可允許有較大的垂度。輸送速度越高、物料的塊度越大，則垂度應(yīng)該越小。當(dāng)給定最大垂度和最大托輥間距時，需要的最小輸送帶張力為：

上分支（有載）：

下分支：

其中：lRρ-上托輥間距，lRμ-下托輥間距，hrel-輸送帶最大垂度與托輥間距之比

由FT2，min=34.05 KN計(jì)算膠帶機(jī)各點(diǎn)張力，得F4點(diǎn)張力為：

則取F4點(diǎn)張力為39.3 KN，以此為基礎(chǔ)重新計(jì)算膠帶機(jī)各點(diǎn)張力，得：

F2=39.5 KN，所以F1max=F2+FTr=85.8KN

3.3 拉緊力

F拉=2×F2=79KN

4 結(jié)束語

本文旨在加深對懸臂膠帶機(jī)計(jì)算的理解和認(rèn)識，應(yīng)用DIN標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范懸臂膠帶機(jī)的計(jì)算，由于受篇幅的限制單純從一篇文章將所有內(nèi)容包括進(jìn)去確實(shí)很難，懸臂膠帶機(jī)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)需要通過日常工作逐漸地積累。希望本文對設(shè)計(jì)人員有所幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]DIN22101：Belt Conveyors for Bulk Materials- German Standards Organization，2002

[2]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，2003，17-100.endprint

FS=FRst+FSch+FGa=1882N

3 輸送帶張力和拉緊力

帶式輸送機(jī)的運(yùn)行工作需要最小輸送帶張力，以便能夠通過傳動滾筒上的摩擦力將力傳遞到輸送帶，限制輸送帶的垂度以正確無誤地導(dǎo)引輸送帶。

3.1 傳遞滾筒圓周力的最小輸送帶張力

在單獨(dú)驅(qū)動或制動滾筒上，通過摩擦力傳遞在起動、制動或穩(wěn)定工況下出現(xiàn)的滾筒圓周力，需要一定的最小輸送帶繞入張力FT1和繞出張力FT2。圖3表示為該兩個力及最大滾筒圓周力FTr，，max>0的情況：

最小繞入張力和繞出張力

FT1-FT2=FTr FT1/FT2≤eμx

式中α以弧度為單位代入，由此得出：

其中：μ-輸送帶與滾筒間的摩擦系數(shù)，取μ=0.35，α-滾筒的圍包角，根據(jù)IMK提供的資料，α=π，e-自然對數(shù)的底（e=2.71828......），pA-起動系數(shù)，取 pA=1.5。

3.2 限制輸送帶垂度及保證輸送帶正確導(dǎo)向的最小輸送帶張力

為了帶式輸送機(jī)的技術(shù)優(yōu)化，輸送帶相對垂度hrel的計(jì)算，其最大值與托輥間距有關(guān)，在穩(wěn)定工況必須限制在0.01以下，在非穩(wěn)定工況下可允許有較大的垂度。輸送速度越高、物料的塊度越大，則垂度應(yīng)該越小。當(dāng)給定最大垂度和最大托輥間距時，需要的最小輸送帶張力為：

上分支（有載）：

下分支：

其中：lRρ-上托輥間距，lRμ-下托輥間距，hrel-輸送帶最大垂度與托輥間距之比

由FT2，min=34.05 KN計(jì)算膠帶機(jī)各點(diǎn)張力，得F4點(diǎn)張力為：

則取F4點(diǎn)張力為39.3 KN，以此為基礎(chǔ)重新計(jì)算膠帶機(jī)各點(diǎn)張力，得：

F2=39.5 KN，所以F1max=F2+FTr=85.8KN

3.3 拉緊力

F拉=2×F2=79KN

4 結(jié)束語

本文旨在加深對懸臂膠帶機(jī)計(jì)算的理解和認(rèn)識，應(yīng)用DIN標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范懸臂膠帶機(jī)的計(jì)算，由于受篇幅的限制單純從一篇文章將所有內(nèi)容包括進(jìn)去確實(shí)很難，懸臂膠帶機(jī)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)需要通過日常工作逐漸地積累。希望本文對設(shè)計(jì)人員有所幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]DIN22101：Belt Conveyors for Bulk Materials- German Standards Organization，2002

[2]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，2003，17-100.endprint

FS=FRst+FSch+FGa=1882N

3 輸送帶張力和拉緊力

帶式輸送機(jī)的運(yùn)行工作需要最小輸送帶張力，以便能夠通過傳動滾筒上的摩擦力將力傳遞到輸送帶，限制輸送帶的垂度以正確無誤地導(dǎo)引輸送帶。

3.1 傳遞滾筒圓周力的最小輸送帶張力

在單獨(dú)驅(qū)動或制動滾筒上，通過摩擦力傳遞在起動、制動或穩(wěn)定工況下出現(xiàn)的滾筒圓周力，需要一定的最小輸送帶繞入張力FT1和繞出張力FT2。圖3表示為該兩個力及最大滾筒圓周力FTr，，max>0的情況：

最小繞入張力和繞出張力

FT1-FT2=FTr FT1/FT2≤eμx

式中α以弧度為單位代入，由此得出：

其中：μ-輸送帶與滾筒間的摩擦系數(shù)，取μ=0.35，α-滾筒的圍包角，根據(jù)IMK提供的資料，α=π，e-自然對數(shù)的底（e=2.71828......），pA-起動系數(shù)，取 pA=1.5。

3.2 限制輸送帶垂度及保證輸送帶正確導(dǎo)向的最小輸送帶張力

為了帶式輸送機(jī)的技術(shù)優(yōu)化，輸送帶相對垂度hrel的計(jì)算，其最大值與托輥間距有關(guān)，在穩(wěn)定工況必須限制在0.01以下，在非穩(wěn)定工況下可允許有較大的垂度。輸送速度越高、物料的塊度越大，則垂度應(yīng)該越小。當(dāng)給定最大垂度和最大托輥間距時，需要的最小輸送帶張力為：

上分支（有載）：

下分支：

其中：lRρ-上托輥間距，lRμ-下托輥間距，hrel-輸送帶最大垂度與托輥間距之比

由FT2，min=34.05 KN計(jì)算膠帶機(jī)各點(diǎn)張力，得F4點(diǎn)張力為：

則取F4點(diǎn)張力為39.3 KN，以此為基礎(chǔ)重新計(jì)算膠帶機(jī)各點(diǎn)張力，得：

F2=39.5 KN，所以F1max=F2+FTr=85.8KN

3.3 拉緊力

F拉=2×F2=79KN

4 結(jié)束語

本文旨在加深對懸臂膠帶機(jī)計(jì)算的理解和認(rèn)識，應(yīng)用DIN標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范懸臂膠帶機(jī)的計(jì)算，由于受篇幅的限制單純從一篇文章將所有內(nèi)容包括進(jìn)去確實(shí)很難，懸臂膠帶機(jī)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)需要通過日常工作逐漸地積累。希望本文對設(shè)計(jì)人員有所幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]DIN22101：Belt Conveyors for Bulk Materials- German Standards Organization，2002

[2]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，2003，17-100.endprint