回轉(zhuǎn)布料帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算

李柳

(中國(guó)煤炭科工集團(tuán) 上海有限公司， 上海 200030)

0 引言

回轉(zhuǎn)布料帶式輸送機(jī)應(yīng)用于連續(xù)帶式輸送機(jī)配套輸送系統(tǒng)中，通過自身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)在一定角度范圍內(nèi)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),總體結(jié)構(gòu)如圖1所示?；剞D(zhuǎn)布料帶式輸送機(jī)一般和地面轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)配套使用，物料經(jīng)地面轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)輸送到回轉(zhuǎn)布料帶式輸送機(jī)上，通過控制回轉(zhuǎn)布料帶式輸送機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，最終將物料輸送到指定位置。

1-鋼絲繩;2-滾筒;3-卸料器;4-輸送帶;5-機(jī)身;6-回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu);7-滾筒及拉緊裝置。

傳統(tǒng)的固定式帶式輸送機(jī)堆料點(diǎn)固定，堆料點(diǎn)堆滿后需迅速清空，帶式輸送機(jī)方可繼續(xù)工作，效率較低?；剞D(zhuǎn)布料帶式輸送機(jī)通過在機(jī)身上安裝可移動(dòng)式犁式卸料器，在回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的作用下，可實(shí)現(xiàn)多種半徑范圍環(huán)形堆料，增大了作業(yè)面積，提高了工作效率。

1 回轉(zhuǎn)布料帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算

回轉(zhuǎn)布料帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算主要包括輸送機(jī)運(yùn)行阻力計(jì)算、鋼絲繩拉力及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)支反力計(jì)算、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)啟制動(dòng)轉(zhuǎn)矩計(jì)算。

1.1 回轉(zhuǎn)布料帶式輸送機(jī)的初始參數(shù)

已知參數(shù)：運(yùn)量Q=600 t/h，Im=167 kg/s，輸送機(jī)長(zhǎng)度L=25.5 m，水平運(yùn)輸，帶速v=3.15 m/s，帶寬B=1 m，每米輸送帶質(zhì)量qB=19 kg/m(輸送帶總重G3=8 938 N)，每米物料質(zhì)量qG=53 kg/m(物料總重G4=12 466 N)，鋼絲拉繩傾角α=12.5°，滾筒G1=6 250 N，卸料器G2=3 000 N，上下托輥總重G5=9 000 N，圖1中支點(diǎn)左部機(jī)身重G6=24 171 N、支點(diǎn)右部機(jī)身重G9=4 028 N，滾筒及拉緊裝置總重G7+G8=9 000 N。

1.2 輸送機(jī)運(yùn)行阻力計(jì)算

該回轉(zhuǎn)布料帶式輸送機(jī)的運(yùn)行阻力包括主要阻力、附加阻力、主要特種阻力和附加特種阻力。由于該帶式輸送機(jī)長(zhǎng)度小于80 m，附加阻力在主要阻力中占比較大，需采用分項(xiàng)計(jì)算法確保計(jì)算結(jié)果的精確[1]。計(jì)算物料與導(dǎo)料槽相關(guān)的摩擦阻力時(shí)，采用CEMA[2]規(guī)定的算法。該方法相對(duì)于DTⅡ[3]規(guī)范中的算法，既考慮了導(dǎo)料槽裙板與膠帶之間的摩擦阻力，又精確計(jì)算出物料與導(dǎo)料槽側(cè)壁的接觸高度，更為合理。其他阻力按DTⅡ規(guī)范計(jì)算。

1.2.1 主要阻力

FH=f·L·g·(qRO+qRU+2qB+qG)

(1)

模擬摩擦因數(shù)f=0.025、輸送機(jī)長(zhǎng)度L=25.5 m、承載分支托輥組每米長(zhǎng)度旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量qRO=10.175 kg/m、回程分支托輥組每米長(zhǎng)度旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量qRU=5.215 kg/m。將以上參數(shù)代入式(1)后得FH=665 N。

1.2.2 附加阻力

該帶式輸送機(jī)附加阻力主要包括加料段物料加速和輸送帶間的慣性阻力及摩擦阻力FbA、輸送帶繞經(jīng)滾筒的纏繞阻力F1、滾筒軸承阻力Ft、加速段物料與導(dǎo)料槽的摩擦阻力Ff(見1.2.4)。

FbA=Im(v-v0)

(2)

(3)

(4)

輸送帶運(yùn)行方向上物料輸送速度分量v0≈0 m/s、輸送帶厚度d=13 mm、滾動(dòng)直徑初選D=500 mm、滾筒軸承內(nèi)徑初選d0=120 mm、作用于改向滾筒兩邊輸送帶張力與滾筒旋轉(zhuǎn)部分重力合力FT、滾筒旋轉(zhuǎn)部分重力G=3 480 N、改向滾筒處張力FC和傳動(dòng)滾筒上兩邊輸送帶張力平均值F(此時(shí)F、FC無(wú)法確定，可近似的采用保守值F1=450 N[4]，待運(yùn)行阻力計(jì)算完成后將計(jì)算的值與之對(duì)比，如偏差較大再修正)。將以上參數(shù)代入式(2)～(4)后得FbA=526 N、F1=450 N、Ft=22 N。

1.2.3 主要特種阻力

該帶式輸送機(jī)主要特種阻力為除物料加速區(qū)外物料與兩側(cè)導(dǎo)料槽攔板間的摩擦阻力Fgl(見1.2.4)。

1.2.4 導(dǎo)料槽相關(guān)的摩擦阻力T

DTⅡ手冊(cè)中關(guān)于導(dǎo)料槽的摩擦阻力包括Ff、Fgl兩項(xiàng)，本文采用CEMA規(guī)范計(jì)算導(dǎo)料槽阻力Tsb(包括導(dǎo)料槽與物料摩擦阻力T、導(dǎo)料槽裙板與膠帶之間的摩擦阻力)，從而代替Ff、Fgl。

(5)

(6)

物料系數(shù)Cs=0.114 5、導(dǎo)料板長(zhǎng)度Lb=1.8 m、hs為物料與導(dǎo)料槽接觸高度[5]、散狀物料密度γm=1 000 kg/m3、導(dǎo)料槽兩側(cè)內(nèi)壁間距Ws=1 m、中間輥長(zhǎng)度Bc=0.38 m、動(dòng)安息角Φs=0.44 rad=25°、槽型角β=20°。將以上參數(shù)代入式(5)后得hs<0，可知物料充滿度較低，物料堆積高度未達(dá)到料槽下沿。因此,導(dǎo)料槽與物料摩擦阻力T=0，可得Tsb=157 N。

1.2.5 附加特種阻力

附加特種阻力包括清掃器摩擦阻力Fr和犁式卸料器摩擦阻力Fa。

Fr=n·A·p·μ3

(7)

Fa=B·k2

(8)

清掃器格式n=2、清掃器與輸送帶接觸面積A=0.01 m2、清掃器與輸送帶壓力p=5×104N/m2、清掃器與輸送帶摩擦因數(shù)μ3=0.6、刮板系數(shù)k2=1 500 N/m。代入以上參數(shù)得Fr=600 N、Fa=1 500 N。

由以上計(jì)算可知，該帶式輸送機(jī)運(yùn)行阻力(主要阻力+附加阻力+主要特種阻力+附加特種阻)為3 920 N。

1.3 鋼絲繩拉力及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)支反力

帶式輸送機(jī)機(jī)身豎直平面受力如圖2所示。建立豎直平面力及力矩平衡方程如下:

G1+G2+FL·sinα+G6+G3+G4+

G5+G7+G8+G9=FY

(9)

FL·cosα=FX

(10)

G1·L5+G2·L4+G6·L2+(G3+G4+G5)·L1=

(G7+G8)·L6+FL·sinα·L3+

FL·cosα·L7+G9·L8

(11)

圖2 帶式輸送機(jī)豎直平面受力圖

帶入已知參數(shù)，由式(9)～(11)求解得：鋼絲繩拉力FL=167 kN,回轉(zhuǎn)支承受力FX=163 kN、FY=31.7 kN。

1.4 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)啟制動(dòng)力矩計(jì)算

回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要由電液回轉(zhuǎn)器、回轉(zhuǎn)支承及支架等組成，它是實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)左右轉(zhuǎn)動(dòng)的執(zhí)行部件?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的啟、制動(dòng)力矩計(jì)算是電液回轉(zhuǎn)器選型的依據(jù)。

帶式輸送機(jī)啟、制動(dòng)過程受力如圖3所示。

圖3 帶式輸送機(jī)啟動(dòng)、制動(dòng)過程受力圖

啟動(dòng)過程：

MA-Mf=JO·αA

(12)

制動(dòng)過程：

MB+Mf=JO·αB

(13)

回轉(zhuǎn)支承摩擦力矩[6]：

(14)

MA為啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩；MB為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；傾覆力矩M=0；啟、制動(dòng)加速度αA=αB=0.012 rad/s2；形狀系數(shù)K=0.95；滾動(dòng)體與滾道摩擦因數(shù)μ=0.1；滾道中心直徑DO=0.56 m；滾動(dòng)體與滾道接觸角β=45°。

帶式輸送機(jī)回轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JO計(jì)算時(shí)做以下簡(jiǎn)化：滾筒、拉緊裝置、卸料器看作里離散分布剛體，機(jī)身、膠帶看作連續(xù)剛體，忽略G9，不計(jì)入物料(帶式輸送機(jī)空載時(shí)回轉(zhuǎn))。

(15)

由式(12)～(15)計(jì)算得：JO=670 712 kg/m2、MA=14 765 N·m、MB=1 333 N·m、Mf=6 716 N·m。

2 結(jié)論

本文對(duì)回轉(zhuǎn)布料帶式輸送機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算，最終確定了帶式輸送機(jī)的運(yùn)行阻力、回轉(zhuǎn)支承的支反力、鋼絲繩拉力及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的啟制動(dòng)力矩。以上參數(shù)的確定為該帶式輸送機(jī)外購(gòu)件的選型、零部件的強(qiáng)度校核提供了技術(shù)依據(jù)。通過以上計(jì)算方法設(shè)計(jì)的回轉(zhuǎn)布料帶式輸送機(jī)目前運(yùn)行良好。