DTⅡ（A）型帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)能力校核

趙永昌，安慶龍，多軍霖，范旭庚

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山 063200）

0 引言

帶式輸送機(jī)是一種普遍使用的輸送機(jī)械設(shè)備，廣泛應(yīng)用于煤炭、冶金、建材、礦山等工業(yè)領(lǐng)域。20 世紀(jì)下半葉以來，我國(guó)帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)水平突飛猛進(jìn)，通用型號(hào)從TD60、TD62、TD72 發(fā)展到TD75，后又由TD75 型、DTII 型更新?lián)Q代到更為先進(jìn)的DTII（A）型帶式輸送機(jī)。DTII（A）型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)格寬泛，結(jié)構(gòu)先進(jìn)，安裝便捷，實(shí)用性強(qiáng)，煉鐵工廠的焦炭、燒結(jié)礦、球團(tuán)礦運(yùn)輸普遍采用此種輸送機(jī)。

帶式輸送機(jī)是燒結(jié)生產(chǎn)工藝中的重要設(shè)備，如果說燒結(jié)機(jī)是燒結(jié)廠的心臟，那么帶式輸送機(jī)就是整個(gè)工廠的血管，主上料皮帶像主動(dòng)脈，直接影響燒結(jié)生產(chǎn)作業(yè)率、生產(chǎn)效率等指標(biāo)。一臺(tái)套帶式輸送機(jī)服役期往往在數(shù)十年以上，伴隨著生產(chǎn)工藝更新、工作環(huán)境的改變，經(jīng)常會(huì)對(duì)輸送機(jī)進(jìn)行不同程度的改造，以應(yīng)對(duì)實(shí)際使用中暴露的設(shè)備問題。在這種情況下，輸送機(jī)圓周驅(qū)動(dòng)力和電機(jī)功率的校核將十分重要。

1 帶式輸送機(jī)圓周驅(qū)動(dòng)力分析

1.1 帶式輸送機(jī)典型結(jié)構(gòu)

帶式輸送機(jī)的典型結(jié)構(gòu)如圖1 所示，輸送帶采用尼龍帶、聚酯帶或鋼絲繩芯帶，驅(qū)動(dòng)裝置一般為電機(jī)或液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，利用輸送帶和驅(qū)動(dòng)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(jī)典型機(jī)構(gòu)

1.2 圓周驅(qū)動(dòng)力分析

帶式輸送機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要克服以下阻力。

（1）主要阻力：輸送帶（含運(yùn)輸物料）和所有支撐托輥及回程托輥旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的阻力。

（2）附加阻力：輸送帶（含運(yùn)輸物料）和除傳動(dòng)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(dǎo)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(jī)如果有傾角，要克服傾斜阻力。

理論上講，輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置提供的圓周驅(qū)動(dòng)力大于以上阻力之和，就能滿足正常使用要求。

2 計(jì)算公式

2.1 圓周驅(qū)動(dòng)力表達(dá)式

輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置提供的圓周驅(qū)動(dòng)力為所有阻力之和：FU=FH+FN+FS1+FS2+FSt

對(duì)于機(jī)長(zhǎng)超過80 m 的帶式輸送機(jī)，其主要阻力遠(yuǎn)大于附加阻力，一般引用系數(shù)C，簡(jiǎn)化附加阻力的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果偏差不大。算式可簡(jiǎn)化為：FU=C×FH+FS1+FS2+FSt。

其中：FH是主要阻力，F(xiàn)N是附加阻力，F(xiàn)S1是主要特種阻力，F(xiàn)S2是附加特種阻力，F(xiàn)St是傾斜阻力，C 是附加阻力系數(shù)。

2.1.1 主要阻力計(jì)算方法

主要阻力是輸送帶（含運(yùn)輸物料）和所有支撐托輥及回程托輥旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的阻力之和，計(jì)算式：

其中：f 為模擬摩擦因數(shù)，可查表；L 是帶式輸送機(jī)長(zhǎng)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(jī)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(zhǎng)度旋轉(zhuǎn)部分重量，單位kg/m；G1是承載分支每組托輥旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhǎng)度輸送帶重量，單位kg/m，可參照廠家數(shù)據(jù)或查表；qG是單位長(zhǎng)度輸送物料重量，單位kg/m。

2.1.2 主要特種阻力計(jì)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(dǎo)料槽攔板間的摩擦阻力Fgl（N）。計(jì)算式：FS1=Fε+Fgl。

計(jì)算Fε：①前傾上托輥摩擦力計(jì)算，F(xiàn)ε1=Cεμ0Lε（qB+qG）gcos δsinε；②前傾下托輥摩擦力計(jì)算，F(xiàn)ε2=μ0Lε'qBgcos λcos δsinε。當(dāng)上下托輥都前傾時(shí)，F(xiàn)ε=Fε1+Fε2。

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

其中：ρ 是運(yùn)輸物料密度，單位kg/m3；v 是皮帶運(yùn)輸速度，單位m/s；l 是導(dǎo)料槽欄板長(zhǎng)度，單位m；b1是導(dǎo)料槽兩攔板間寬度，單位m，可查表或設(shè)計(jì)圖紙；μ2是物料與導(dǎo)料攔板間的摩擦因數(shù)，一般取值范圍0.5～0.7。

2.1.3 附加特種阻力計(jì)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(jì)算式：FS2=n×Fr+Fa，F(xiàn)r=A×P×μ3，F(xiàn)a=B×k2。

其中：n 是清掃器數(shù)量，包括頭部清掃器和空段清掃器；A是單個(gè)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(shù)，一般取值范圍0.5～0.7；k2是刮板系數(shù)，一般取1500 N/m。

2.1.4 傾斜阻力計(jì)算方法

傾斜阻力FSt（N）計(jì)算式：FSt=qG×g×H 。

其中：H 是輸送機(jī)受料點(diǎn)和卸料點(diǎn)間的高差，輸送機(jī)向上提升時(shí)取正值，向下運(yùn)輸時(shí)取負(fù)值，單位m。

2.2 理論電機(jī)功率計(jì)算

其中：η 是傳動(dòng)效率，一般取值范圍0.85～0.95；η1是聯(lián)軸器效率，機(jī)械式聯(lián)軸器取0.98，液力耦合器取0.9，其他聯(lián)軸器可按照設(shè)計(jì)參數(shù)取值；η2是減速機(jī)傳動(dòng)效率，每級(jí)齒輪傳動(dòng)效率取0.98，二級(jí)減速機(jī)η2=0.98×0.98=0.96，以此類推；η'是電壓降系數(shù)，一般取值范圍0.90～0.95；η'' 是多機(jī)驅(qū)動(dòng)功率不平衡系數(shù)，一般取值范圍0.90～0.95，單電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)η''=1。

3 EXCEL 計(jì)算工具設(shè)計(jì)

為了提高計(jì)算效率，利用EXCEL 函數(shù)功能對(duì)計(jì)算公式進(jìn)行編譯，對(duì)相關(guān)資料進(jìn)行整合，便于使用。

3.1 表格設(shè)計(jì)

按照需求設(shè)計(jì)表格字段，包括參數(shù)輸入?yún)^(qū)域和計(jì)算結(jié)果區(qū)域，如圖2 所示。

圖2 計(jì)算工具設(shè)計(jì)

3.2 公式編譯和資料整合

對(duì)公式推導(dǎo)內(nèi)的公式進(jìn)行編譯，將可查表的資料整合進(jìn)EXCEL。公式編譯時(shí)要注意三角函數(shù)角度和弧度的轉(zhuǎn)換。通過設(shè)計(jì)手冊(cè)，可查表的數(shù)據(jù)有導(dǎo)料板間寬度b1，清掃器的接觸面積A，附加阻力系數(shù)C，輸送帶和托輥的摩擦因數(shù)f，托輥組旋轉(zhuǎn)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(shù)Cε。將資料整合進(jìn)Sheet（工作表）表，在輸入方式標(biāo)注“查表”，并在“查表”創(chuàng)建超鏈接至相應(yīng)資料所在的Sheet 表內(nèi)。同時(shí)在資料Sheet 表內(nèi)設(shè)置“返回”按鍵，超鏈接至計(jì)算工具表格。

4 實(shí)例運(yùn)用

4.1 問題描述

某燒結(jié)廠混勻礦運(yùn)輸主皮帶機(jī)結(jié)構(gòu)如圖3 所示：?jiǎn)螡L筒雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，單電機(jī)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(jī)長(zhǎng)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(jié)廠混勻礦帶式輸送機(jī)

生產(chǎn)工程中，因單驅(qū)動(dòng)故障造成輸送機(jī)重停，對(duì)生產(chǎn)穩(wěn)定造成影響，擬對(duì)輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，現(xiàn)對(duì)輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)能力進(jìn)行校核。

4.2 計(jì)算過程

4.2.1 計(jì)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(jī)所載物料潮濕，多粉塵，存在皮帶粘料情況，因此摩擦因數(shù)f 按照多塵、物料摩擦大和過載工況取0.025，G1、G2 查尋設(shè)計(jì)資料分別為24.63 kg、22 kg。

4.2.2 計(jì)算主要特種阻力FS1

上托輥前傾，查詢槽型系數(shù)Cε=0.43，托輥與輸送帶間摩擦因數(shù)取μ0=0.4，查詢?cè)O(shè)計(jì)資料，裝有前傾上托輥的長(zhǎng)度Lε=170 m；安裝導(dǎo)料板的長(zhǎng)度l=10 m。

4.2.3 計(jì)算附加特種阻力FS2

根據(jù)設(shè)計(jì)資料，輸送機(jī)安裝4 個(gè)清掃器，每個(gè)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(shù)查表取較大值μ3=0.6，刮板系數(shù)取k2=1500 N/m2。

4.2.4 計(jì)算傾斜阻力FSt

輸送機(jī)提升高度為H=37.3 m。

4.2.5 計(jì)算圓周驅(qū)動(dòng)力

此帶式輸送機(jī)機(jī)長(zhǎng)為176.6 m，大于80 m，可以選取附加阻力系數(shù)C，簡(jiǎn)化附加阻力計(jì)算。查表，按照150 m 皮帶長(zhǎng)度取較大值，C=1.58。

4.2.6 計(jì)算理論電機(jī)功率

按照設(shè)計(jì)資料，此帶式輸送機(jī)采用減速機(jī)為三級(jí)傳動(dòng)，高速端使用液力偶合器，傳動(dòng)效率η=0.98×0.98×0.98×0.9=0.847，電壓降系數(shù)取η'=0.92，多機(jī)驅(qū)動(dòng)功率不平衡系數(shù)η''=0.95。

4.3 EXCEL 計(jì)算工具驗(yàn)證

輸入相關(guān)參數(shù)后，設(shè)計(jì)表格工具計(jì)算結(jié)果如圖4 所示：圓周驅(qū)動(dòng)力FU=129 911.31 N，雙電機(jī)理論電機(jī)功率PM=280.8 kW。多機(jī)驅(qū)動(dòng)功率不平衡系數(shù)取1 時(shí)，計(jì)算單電機(jī)理論電機(jī)功率。與手動(dòng)計(jì)算結(jié)果基本一致，驗(yàn)證表格計(jì)算工具公式無誤。

圖4 計(jì)算工具計(jì)算結(jié)果

4.4 驅(qū)動(dòng)能力評(píng)估

輸送機(jī)采用單滾筒雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，單電機(jī)功率為P'=160 kW，380 V，實(shí)際驅(qū)動(dòng)總功率P=320 kW，理論電機(jī)功率PM=280.8 kW，P＞PM，因此雙驅(qū)動(dòng)同時(shí)運(yùn)行情況下，輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力符合設(shè)計(jì)要求；單驅(qū)動(dòng)情況，P'＜PM，不能驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)帶料運(yùn)行。因此單側(cè)電機(jī)、減速機(jī)、液力耦合器、制動(dòng)器等任何一個(gè)裝置發(fā)生故障，都會(huì)導(dǎo)致降負(fù)荷生產(chǎn)。通過計(jì)算工具，上料量為750 t/h時(shí)，理論驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率為151.9 kW，即單側(cè)驅(qū)動(dòng)需將上料量降至750 t/h 以下。

此輸送機(jī)為燒結(jié)機(jī)主上料皮帶，是極為重要的生產(chǎn)設(shè)備，需要對(duì)輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)重新設(shè)計(jì)改造，提高其容錯(cuò)性?；诒敬斡?jì)算數(shù)據(jù)，單電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，理論電機(jī)功率PM'=266.7 kW，因此，可提高單電機(jī)功率至266.7 kW 以上，雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)改為一用一備更有利于穩(wěn)定生產(chǎn)。

5 結(jié)論

介紹了DTII（A）型帶式輸送機(jī)圓周驅(qū)動(dòng)力和理論驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率的計(jì)算方法，將計(jì)算公式、數(shù)據(jù)資料整合進(jìn)EXCEL 內(nèi)，形成簡(jiǎn)易的計(jì)算工具，方便大量同類型的帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)的計(jì)算校核。對(duì)某燒結(jié)廠混勻礦帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)能力進(jìn)行校核，分別以手動(dòng)計(jì)算和工具計(jì)算兩種方式計(jì)算其理論電機(jī)功率，得到結(jié)果一致。結(jié)果驗(yàn)證此輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)能力雖符合設(shè)計(jì)要求，但是沒有容錯(cuò)性，應(yīng)對(duì)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行改良。計(jì)算結(jié)果可為其后續(xù)改造提供數(shù)據(jù)支撐。