轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用論文

1、轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用張華 泰安力博機(jī)電科技有限公司摘要：本文針對(duì)平面轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中的問(wèn)題，詳細(xì)介紹了轉(zhuǎn)彎段轉(zhuǎn)彎措施、轉(zhuǎn)彎半徑計(jì)算方法及參數(shù)選擇與運(yùn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)合理確定技術(shù)參數(shù)，滿足了帶式輸送機(jī)在轉(zhuǎn)彎段受力平衡、不飄帶、不撒料等要求。關(guān)鍵詞：平面轉(zhuǎn)彎 帶式輸送機(jī) 轉(zhuǎn)彎措施 參數(shù)選擇0. 引言帶式輸送機(jī)的轉(zhuǎn)彎變向運(yùn)行有三種方式：搭接轉(zhuǎn)載、強(qiáng)制性彎曲運(yùn)行、非強(qiáng)制性彎曲運(yùn)行。輸送機(jī)串聯(lián)搭接是最早實(shí)現(xiàn)彎曲變向的方法，但在搭接處理論上要求物料速度與膠帶運(yùn)行速度相等，當(dāng)二者速度不等時(shí)，會(huì)造成對(duì)膠帶和設(shè)備的沖擊，同時(shí)設(shè)備臺(tái)數(shù)多，投資和維護(hù)費(fèi)用高；強(qiáng)制性彎曲運(yùn)行時(shí)在整條皮帶上或轉(zhuǎn)彎段采用特殊的結(jié)

2、構(gòu)（如管狀帶式輸送機(jī)、增加立輥等），這樣就使輸送機(jī)的造價(jià)增大，不易維護(hù)，運(yùn)行阻力增大，因此這兩種方式現(xiàn)在很少使用。平面轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)是通過(guò)抬高轉(zhuǎn)彎段內(nèi)曲線、增加托輥組槽角等措施實(shí)現(xiàn)自然變向的帶式輸送機(jī)，由于其在結(jié)構(gòu)上除轉(zhuǎn)彎部分外與普通帶式輸送機(jī)零部件通用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，節(jié)省設(shè)備，成為平面彎曲運(yùn)行采用的普遍方式。1. 轉(zhuǎn)彎措施：在輸送帶的張力作用下，普通帶式輸送機(jī)的輸送帶單元的受力和彎曲段輸送帶的受力情況如圖一所示，其兩端張力作用在同一直線上的，單元上的各力是平衡的，而彎曲段輸送帶受力單元兩端的張力方向有一個(gè)夾角，輸送帶單元的合力不平衡，將產(chǎn)生一個(gè)向心力。平面轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)托輥組結(jié)構(gòu)與布置

3、的特點(diǎn)就是產(chǎn)生一個(gè)向外的離心力，以平衡輸送帶張力的向心合力。針對(duì)這一原理常用的轉(zhuǎn)彎措施包括：圖一：直線段和曲線段膠帶受力示意圖（）使轉(zhuǎn)彎處的托輥具有安裝支撐角j 。它是在轉(zhuǎn)彎處，使托輥的內(nèi)側(cè)端向輸送帶運(yùn)行方向移動(dòng)而形成。j愈小對(duì)輸送帶運(yùn)行是有利的，但j=0時(shí)托輥將不產(chǎn)生對(duì)膠帶向外的推力，此時(shí)膠帶將逐漸向內(nèi)跑偏，一般按經(jīng)驗(yàn)取j=0.5。圖二 轉(zhuǎn)彎段托輥布置（2）增大成槽角j0，j0是側(cè)托輥軸線與中間平托輥軸線形成的夾角。j0愈大，不但使轉(zhuǎn)彎半徑減小，而且使輸送帶具有居中自動(dòng)調(diào)節(jié)能力。由于轉(zhuǎn)彎處托輥成槽角的變化，使相應(yīng)的機(jī)架、托輥?zhàn)蜻B接裝置要有所改動(dòng)。同理，為了改善回空側(cè)輸送帶的居中自動(dòng)調(diào)節(jié)性能

4、和減小回空帶所確定的轉(zhuǎn)彎半徑，回空側(cè)輸送帶可采用V形托輥組。（3）構(gòu)成內(nèi)曲線抬高角g，膠帶在轉(zhuǎn)彎曲線的內(nèi)側(cè)所形成的曲線叫內(nèi)曲線。內(nèi)曲線的抬高可減小轉(zhuǎn)彎半徑，g愈大對(duì)轉(zhuǎn)彎越有利，但過(guò)大會(huì)使物料向外滾動(dòng)，因此g角不宜過(guò)大。 圖三 內(nèi)抬高角與成槽角的構(gòu)成（4）對(duì)采用單托輥組的回空分支，在兩回程托輥之間的輸送帶上面加壓輥，可以減小回空側(cè)所確定的轉(zhuǎn)彎半徑。 2. 轉(zhuǎn)彎半徑的確定：() 根據(jù)力的平衡規(guī)律確定曲率半徑R1 在轉(zhuǎn)彎處應(yīng)保證輸送帶在任何正常工況下不發(fā)生跑偏，而跑偏的根本原因在于力的不平衡所致。根據(jù)轉(zhuǎn)彎處諸力的平衡方程可以導(dǎo)出滿足力學(xué)平衡條件的最小轉(zhuǎn)彎半徑。取圓心角為d的微元段最為分析對(duì)象。膠帶上

5、受力為：初張力S，張力增量dS，運(yùn)行阻力dW，離心力dQ，托輥給膠帶的反力dP1 、dP2、 dP3, 托輥給膠帶的離心摩擦力反力dT1, dT2, dT3,設(shè)重力在各托輥上的重力分配系數(shù)為K1、K2、K3，則各托輥上承受的物料與膠帶重力為：、。圖四 膠帶在轉(zhuǎn)彎處受力分析圖由上圖可知： （1） （2） （3） 其中：的含義是膠帶與托輥間雖可產(chǎn)生最大的摩擦力，但所需要的可以小于該值，如果K1、K2、K3不變，得數(shù)值將因膠帶向內(nèi)跑偏力的不同而有所改變，使托輥?zhàn)饔糜谀z帶的離心力與之平衡。計(jì)算時(shí)，為充分利用摩擦力來(lái)減小轉(zhuǎn)彎半徑，可按來(lái)考慮。以單個(gè)托輥?zhàn)鳛檠芯繉?duì)象： （4）（5） （6） 承載分支膠帶微

6、元體的運(yùn)行阻力為： （7）忽略離心力的影響，在切線方向力的平衡公式為：dS=dW （8）由（7）和（8）可得： （9） 法線方向力的平衡方程為（10）： 當(dāng)很小時(shí)：，為高階無(wú)窮小，聯(lián)立以上各式可得： （11） 其中： 稱為導(dǎo)來(lái)摩擦系數(shù)，它是隨、而變化的變量，當(dāng)無(wú)曲線內(nèi)抬高角和托輥成槽角時(shí)，相當(dāng)于摩擦系數(shù)。當(dāng)內(nèi)曲線抬高角或加大成槽角時(shí)均可使增大，即與的存在相當(dāng)于值得增大。由式（9）和式（11）可得： （13）積分后帶入式（11）得： （14）其中：在回空分支沿輸送帶運(yùn)行方向，直線段與曲線段相遇點(diǎn)輸送帶的張力，N；回空分支轉(zhuǎn)彎處托輥旋轉(zhuǎn)部分線質(zhì)量，kg/m；回空分支托輥與輸送帶沿托輥運(yùn)行阻力系數(shù)；

7、滿足力學(xué)條件的最小轉(zhuǎn)彎半徑，m；輸送帶的線質(zhì)量，kg/m；轉(zhuǎn)彎角度，rad。注意問(wèn)題：利用力的平衡條件選擇有關(guān)參數(shù)時(shí)應(yīng)注意：為充分利用摩擦力，取摩擦力利用系數(shù)；無(wú)載時(shí)膠帶的離心力小，摩擦也小，所需曲率半徑大，故計(jì)算時(shí)取曲線段上取物料線質(zhì)量；對(duì)于復(fù)雜工況的輸送機(jī)，應(yīng)充分考慮各種運(yùn)行工況，相遇點(diǎn)張力取最大值帶入公式計(jì)算。對(duì)于采用深槽托輥組的轉(zhuǎn)彎皮帶機(jī)，應(yīng)考慮深槽托輥對(duì)阻力系數(shù)的影響，可比正常段的阻力系數(shù)增大0.0020.003。 (2)根據(jù)輸送帶的容許應(yīng)力確定曲率半徑R2 在轉(zhuǎn)彎處，如果轉(zhuǎn)彎半徑為常數(shù)，把輸送帶中心線視為中性軸，則輸送帶外緣相對(duì)拉伸，而內(nèi)緣相對(duì)壓縮。顯然相對(duì)拉伸和壓縮的變形量與轉(zhuǎn)彎

8、半徑有關(guān)，并隨其減小而增大。因此，要保證輸送帶外緣應(yīng)力不超過(guò)許用應(yīng) 力，滿足該條件的最小轉(zhuǎn)彎半徑R2為： （15）其中：Se輸送帶的許用張力，N SL轉(zhuǎn)彎終點(diǎn)輸送帶的張力，N；B帶寬，m；E0輸送帶的拉伸剛度； Sp輸送帶的破斷拉力，N；ep輸送帶的破斷應(yīng)變。 (3)按輸送帶不離開(kāi)側(cè)托輥驗(yàn)算 R3 轉(zhuǎn)彎半徑過(guò)小時(shí)，有可能發(fā)生在外側(cè)托輥上的輸送帶飄起而離開(kāi)托輥的現(xiàn)象，從而使輸送機(jī)不能穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。滿足輸送帶外側(cè)不離開(kāi)托輥的最小轉(zhuǎn)彎半徑為 （16）其中：R3滿足輸送帶不離開(kāi)側(cè)托輥的最小轉(zhuǎn)彎半徑，m； Sm轉(zhuǎn)彎段輸送帶張力的最大值，N； SL轉(zhuǎn)彎終點(diǎn)輸送帶的許用張力，N； l外側(cè)輸送帶與水平線的夾角。l

9、=j0-g。輸送機(jī)的轉(zhuǎn)彎半徑為：R=maxR1，R2，R3。3. 膠帶運(yùn)行中的對(duì)中調(diào)節(jié)和有關(guān)參數(shù)的選擇：3.1 的自動(dòng)調(diào)節(jié)原理：根據(jù)導(dǎo)來(lái)摩擦公式可知安裝支撐角對(duì)導(dǎo)來(lái)摩擦系數(shù)的影響較小，僅討論其他參數(shù)對(duì)其影響。在確定轉(zhuǎn)彎半徑的計(jì)算過(guò)程中，通常取物料在托輥上的重力分配系數(shù)為，實(shí)際跑偏時(shí)，分配系數(shù)會(huì)有所變化，倘若允許10%的跑偏，向內(nèi)跑偏時(shí)，此時(shí)值最大，向外跑偏時(shí)，此時(shí)值最小： （17） 調(diào)節(jié)系數(shù)為： （18）在實(shí)際使用過(guò)程中希望和越大越好：的增大將減小轉(zhuǎn)彎半徑，的增大將更有利于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)偏，經(jīng)過(guò)計(jì)算可得出結(jié)論如下： （1）與一定，增大：和都將增大；（2）與一定，增大：將增大，將減小；（3）與一定，增大

10、：將增大，將減小。（4）當(dāng)、 、一定時(shí)，由于跑偏而使分配系數(shù)有所變化，當(dāng)向外跑偏時(shí)， 減小而增大，從而減小，減小了對(duì)膠帶和物料的向外推力，當(dāng)向內(nèi)跑偏時(shí)，增大而減小，從而增大，增大了向外推力，這種自動(dòng)調(diào)節(jié)作用有利于膠帶的居中，減小跑偏程度。由于轉(zhuǎn)彎半徑的計(jì)算是按照最困難工況為條件的，因此在有載和無(wú)載時(shí)膠帶的跑偏方向是不同的。無(wú)載時(shí)由于摩擦小，托輥給膠帶的橫向推力小，因此膠帶向內(nèi)跑偏，而在有載時(shí)情況相反，膠帶向外跑偏。若半徑值合理，則跑偏量均能在要求范圍之內(nèi)?，F(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，可根據(jù)膠帶的實(shí)際跑偏情況調(diào)節(jié)安裝支撐角的大小。若曲率半徑較小，調(diào)節(jié)j角也有可能在無(wú)載時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行，但在有載時(shí)將出現(xiàn)過(guò)度向外跑偏，此

11、致側(cè)輥經(jīng)常發(fā)生作用。若曲率半徑過(guò)小，則無(wú)論如何調(diào)節(jié)，膠帶也不會(huì)穩(wěn)定，因此合理的確定曲率半徑顯的尤為重要。3.2參數(shù)選擇原則：摩擦系數(shù)的選擇：值的大小不是取決于人們的愿望而是取決于材料的性質(zhì)，一般鋼面托輥與橡膠面的最大摩擦系數(shù)可取為：。3.2.2內(nèi)曲線抬高角的選擇：內(nèi)曲線抬高角從容許的角度看，最小可取到0，最大可取到物料內(nèi)靜、動(dòng)摩擦角差值之半（動(dòng)摩擦角一般為靜摩擦角的0.50.7倍），這樣物料在由直線段轉(zhuǎn)到過(guò)渡段曲線后的短時(shí)間內(nèi)不會(huì)向外流動(dòng)。實(shí)踐證明：為宜。3.2.3托輥組成槽角的選擇：托輥成槽角的增大能同時(shí)增大和，是減小轉(zhuǎn)彎半徑的最有效措施，因此在轉(zhuǎn)彎段可采用深槽托輥結(jié)構(gòu)以滿足半徑要求，最大槽

12、角可達(dá)60。在實(shí)際的設(shè)計(jì)計(jì)算中，應(yīng)綜合考慮各項(xiàng)參數(shù)的影響，優(yōu)先考慮增大槽角，然后考慮抬高角。若各參數(shù)調(diào)整后仍不能滿地形地貌等要求而使轉(zhuǎn)彎成為不可能，這時(shí)應(yīng)設(shè)法降低相遇點(diǎn)的張力值，可采取的措施包括：（1） 加尾部驅(qū)動(dòng)；（2） 在轉(zhuǎn)彎相遇點(diǎn)之前加輔機(jī)驅(qū)動(dòng)。4. 應(yīng)用實(shí)例：龍灘煤礦長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)4.1基本參數(shù)：基本技術(shù)參數(shù)運(yùn)量400t/h運(yùn)距6000m平均傾角-0.3%帶速2.5m/s輸送帶寬度B=800輸送帶型號(hào)ST1600轉(zhuǎn)彎角度618584.2設(shè)計(jì)結(jié)論：電機(jī)功率：4250kW（三驅(qū)，一套備用）；轉(zhuǎn)彎段措施：=0.5，=60，=5；轉(zhuǎn)彎半徑（理論值）：850m；轉(zhuǎn)彎半徑（實(shí)際取值）：1000m。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)滿載和空載情況下的反復(fù)調(diào)試，通過(guò)調(diào)整安裝支撐角，達(dá)到了空載時(shí)皮帶稍向內(nèi)跑偏，帶載時(shí)稍向外跑偏，但均在允許范圍之內(nèi)，沒(méi)有出現(xiàn)撒料、飄帶等現(xiàn)象，運(yùn)行情況良好。參 考 文 獻(xiàn)1 孫可文著. 帶式輸送機(jī)的傳動(dòng)理論與設(shè)計(jì)計(jì)算. 北京: 煤炭工業(yè)出版社，19912 于巖等. 運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì). 北京：中國(guó)