第二章 连续运输机械

第二章连续运输机械7课时我们可以按功能－结构特征把全部现有的和可能的连续运行式运输设备和往返运行式运输设备进行一般系统化，进而将其分为以下四组主要元件：承载元件——承载并同货载一起移动的承载机构或容器；牵引机构——克服物料运输阻力用的动力元件；导向机构——承载元件和牵引机构的导向元件，物料沿导向机构或相对于导向机构运输；传动装置——保证被运输物料移动用的传动元件。用一定的方式把这些元件进行组合，就能够编制任何一种实际运输机械设备的结构型式。同时，能够编制包括在动力上有直接联系的全部元件(传动装置除外)的运输机械的基本结构式。对传动机构与结构式主要元件的组合法分析,证实了存在着两种类似的组合方法：配合法和结合法。配合法具有往返运行式运输设备的特征,结合法具有连续运行式运输机械设备的特征。例如，传动机构与随物料一起移动的承载机构相配合，一般就产生机车运输一类的机械设备。承载机构和传动机构结合时，即承载机构或容器与一台(数台)传动装置作相对移动时。就产生了连续运输机械设备。上述四组元件中，承载元件和牵引机构是共性较多的元件。第一节连续运输机械的基本运算1、运输能力运输设备的运输能力是运输设备在单位时间内所能运送的货载量。按运行方式不同，其基本计算方法有两种。一、连续运行式的运输设备连续运行式的输送设备在均匀、连续装载时，其运输能力为：qvQ6.3(1-1)式中：Q为运输能力，t/h；q为单位长度上所装物料的质量,kg/m；υ为物料的运行速度，m/s。由Aq(1-2)得vAQ6.3(1-3)式中：A为物料运行的断面积；γ为物料的松散密度式(1—3)即为连续运行式运输设备运输能力的基本计算公式。从式中可以看出，运输能力的大小与输送距离无关，它主要取决于运送货载的运行速度υ和单位长度上的货载质量q。(一)货载均匀分布在载运输设备上货载均匀分布在运输设备上的输送设备有：带式输送机、板式输送机、链板输送机、刮板运输机、气力及水力设备等。它们的共同特点是物料均匀分布在运输设备上，理论上都可以确定运输物料的理论截面积，但是，在实际运输过程中，物料并不可能完全达到理论截面积，因此计算中应考虑其装满程度，一般以装满系数φ来表示。0/AA(1-4)式中：A0为运输设备的理论截面积，m2；A为运输设备的实际物料截面积，m2；φ为装满系数。因此0Aq(1-5)从而可得运输能力为vAQ06.3(1-6)(二)运输容器在运输线路上等间距运行货载装在单个容器内，而容器按一定规律运动并保持一定的间隔距离，这时货载量q可由下式求出：aGq(1-7)式中：G为容器中的货载质量，kg；a为容器间隔距离，m。则小时运输能力为：vaGQ6.3(1-8)属于这一类的运输设备有：无极绳运输设备、架空索道以及斗式提升机等。二、往返运行式运输设备如前所述，往返运行式运输设备的特点是按一定的工作方式作周期性往返运行，把一定量的货载从一个地点运至另一个地点，然后将空容器返回原处完成一个循环。其往返一次的运输量为：ZGQy(1-9)式中：Qy为往返一次的运输量，kg；G为每个容器的货载量，kg；Z为一组容器的容器数。每小时的运输能力为：TQTZGQy6060(1-10)式中：Q为运输能力，kg／h；T为往返一次的运输时间，min。从式(1-3)和式(1-10)两个基本公式可以看出，连续运行式运输设备的运输能力与运输距离无关，而往返运行式运输设备的运输能力将随运输距离的增加而降低。为了满足生产率的要求，必须增加每次运输量或列车组数、运行次数，同时，欲提高运输能力，还必须缩短辅助时间。需要说明的是：运输设备的运输能力和运输设计生产率是两个概念，运输设计生产率是由矿山产量任务和它的工作制度所决定的单位时间的运输量，是选择运输设备的原始依据，它由采矿设计提供，一般可由下式确定：rrTKAQ1(1-11)式中：Q1为运输设计生产率，t/h；Ar为日产量，t/d；Tr为日运输工作时间，h；一般取18～19h；K为运输不均衡系数，一般取1.2～1.25。考虑到所选择的运输设备的运输能力应满足矿山产量任务所要求的运输生产率，因此，运输设备的运输能力应等于或稍大于运输生产率，即：QQ1(1-12)为方便计算，通常采用Q=Q1，来计算求取运输设备的技术参数，例如F，υ，G，Qy等。2、运输设备阻力计算工程计算中，常用阻力系数计算运输机械的运行阻力。阻力系数是等速运行时的运行阻力与运行支承面上受到的正压力之比。阻力系数可由分析得出其表达式，实际工作中使用的是由试验得出的具体数值。一、矿车运行的阻力和阻力系数当矿车沿水平直线钢轨作等速运动时．将产生下列阻力：(2)轴颈与轴承之间的摩擦力；(2)车轮沿钢轨运行时所产生的滚动摩擦阻力；(3)车轮凸缘与钢轨间的摩擦阻力。图1-1(a)所示为单个矿车在水平直线轨道上等速运行时的受力状况。图1-2(b)所示为其中一个轮对上的作用力，列出各作用力对轴心的力矩方程为：(a)(b)图1-2矿车运行阻力分析111022DdFNkS(1-13)整理得：111222222mgmgkudNkSdmgkudFDDD(1-14)当N1=N2时，F2=F1，全部运行阻力为：21FFF(1-15)矿车运行的阻力系数即为：2FkudmgD(1-16)式中：F为矿车运行阻力，N；m为矿车的总质量，kg；g为重力加速度，m／s2；k为车轮与轨道间的滚动摩擦因数，其数值与车轮直径及轨面形状和材料关，k=0.5～0.16mm；μ为车轮轴承的摩擦因数；d为车轮的轴径，mm；D为车轮直径，mm。式(1-16)所表达的阻力系数，用于分析影响矿车阻力的诸因素。工程计算中用的阻力系数是由试验得出的，用下式计算矿车运行阻力：mgF(1-17)最终矿车运行总牵引力F0为：FCF0(1—18)DdkmgCF/)2(0(1—19)二、有牵引机构的连续运输机械的运行阻力和阻力系数有牵引机构的连续运行式运输机械，其牵引机构连接成封闭环形，在驱动装置的带动下，沿线路连续循环运行，如图1—3所示。整个线路由沿直线运行的直线段和绕曲线运行的曲线段组成。直线段和曲线段的运行条件不同，其运行阻力也不同，通常分别计算。(一)直线段运行阻力直线段的运行阻力，因牵引机构及支承方式的不同而异，有链条滑行、滚轮链运行及牵引构件在托辊上运行三种。图1-3运行示意图图1-4刮板链与中部槽的接触2、3—直线段；1、4—曲线段1—中部槽；2—刮板链（1）链条滑行刮板输送机的刮板链在中部槽中滑动运行，刮板链在槽内的运行阻力，是滑动面上的摩擦阻力。由阻力系数的定义可得，刮板链在中部槽内运行的阻力系数为：图1－5滚轮链LgqF111/（1-20）式中：ωl为刮板链运行的阻力系数；Fl为刮板链的运行阻力，N；ql为刮板链单位长度的质量，kg／m；L为刮板链长度，m。刮板链的运行阻力：111LgqF(1-21)（2）滚轮链运行滚轮链是装有可转动滚轮的牵引链，如图1-5(a)所示，链条用滚轮支承在导轨上运行，以减小运行阻力。滚轮链在直线导轨上的运行状况与矿车在轨道上运行相似，滚轮链的运行阻力系数也用式(1—16)表示。图1-5(b)所示是以滚轮链为牵引构件的板式输送机的承载―牵引部件。被运物料装在承载板上，物料与承载―牵引部件一起运行，这种结构的输送机承载段沿水平运行时的阻力为：10)(LgqqFzh(2-22)式中：Fzh为重段(承载段)运行阻力，N；q为单位长承载板上装运的物料量，kg/m；q0为单位长承载板和滚轮链的质量，kg/mL为承载段长度，m；ω1为滚轮链的运行阻力系数。（3）牵引构件在托辊上运行牵引构件在托辊上运行,如图1-6所示。若牵引构件无弯曲变形．从牵引构件与托辊的相互作用关系看，也与矿车在轨道上运行相似。这种条件下的运行阻力系数也可用式(1—16)表示图1-6(b)所示是输送带在托辊上运行的带式输送机．被运物料装在输送带上，与输送带一起运行，输送带既是承载构件，又是牵引构件。若输送带在运行中没有形变，这种方式沿水平运输的运行阻力，图1-6牵引构件在托辊上运行1—牵引构件；2—托辊；3—辅送带；4—物料重段(承载段)为：zhdgF=(q+q+q)Lg(1-23)（a）（b）返回的空行程段为：kdgF=(q+q)Lg(1-24)式中：Fzh为重段(承载段)运行阻力；Fk为空段运行阻力，N；q为单位长度输送带上装运物料量，kg/m；qd为输送带单位长的质量，kg/m；L为重段和空段的长度，m；qg′为重段(承载段)单位长度上分布的托辊旋转部件的质量，kg/m；ω″，ω′为牵引构件在重段，空段托辊组上运行的阻力系数；qg″为空段单位长度上分布的托辊旋转部件的质量，（二）绕经曲线段的阻力在运输设备中，牵引构件绕经的曲线段，有绕经可转动的导向体和绕经固定的圆弧导向体两种，这两种导向体的阻力不同。（1）绕经可转动的导向体可转动的导向体，依牵引构件的不同，有链轮、绳轮和滚筒三种。这类导向体，牵引构件与导向体的转动部件一起绕轴转动。牵引构件绕经这类导向体的阻力。由以下三部分组成。①在牵引构件与导向体的相遇点，当它由直线变成弯曲时，因牵引构件的弯曲转折所产生的阻力；②导向体转轴上的摩擦阻力；③在牵引构件绕出导向体的分离点，当它由弯变直时，因牵引构件转折所产生的阻力。图1-7链条绕经链轮的阻力图1-7所示，设链条的张力在链条与链轮的相遇点Fy为，在链条与链轮的分离点为Fl。在相遇点由直变弯绕进链轮时，链轴上的摩擦阻力为:11fyFFf(1-25)按做功相等的条件得：11122fdDFF(1—26)将式(2—17)代人式(2—26)并整理得：DdfFFy111(1—27)式中：F1为链条由直变弯的阻力，N；d1为链轴直径，mm；D为链轮直径，mm；θ为链条绕进链轮时，相邻两链节转折的角度。同理可得，在分离点链条由弯变直，因链轴上的摩擦给链轮旋转增加的阻力为：DdfFFl113(1—28)式中：F3为链条由弯变直的阻力，N；Fl为链条在分离点的张力，N。链轮转轴上的摩擦阻力，当绕进和绕出的两股链条相互平行时：fFFFlyf)(2(1—29)式中：F2f为轮转轴上的摩擦阻力，N；f为链轮转轴的摩擦因数。把作用于链轮转轴上的摩擦阻力变为链轮节圆周上的,即为转轴上的摩擦力给链轮旋转的阻力F2。按力矩相等的条件得：2222fdDFF（1－30）将式(1-29)代人式(1-30)得：2()yldFFFfD（1－31）式中：F2为链轮周上的摩擦阻力；d为链轮转轴的直径，mm。)()(1111321lyrrrlyrFFkFDfddfkDfddfFFFFFF则令由以上分析得到链条绕经链轮的阻力Fr为：一般主动链轮或主动滚筒的此项阻力为：)(05.003.0(lyrFF～F）(1－35)对于换向链轮或换向滚筒，一般要考虑的是相遇点的张力Fy，和分离点的张力Fl之间的关系：lryrlyryrylFkFkFFkFFFF)1()(yyrrlkFFkkF11通常取k=1.05~1.07。（2）绕经固定的圆弧导向体牵引构件绕经固定的圆弧导向体．如图1-8所示，其运行阻力也是由三部分组成的。与绕经可转动导向体不同的是，此时导向体固定不动，因而导向体对牵引构件运行的阻力，是挠性体在圆弧上的摩擦力，其摩擦力大小可由欧拉柔索公式求出。由欧拉柔索公式得：（1－32）（1－33）（1－34）（1－36）（1－37）eFFy1(1—38)式中：Fl为牵引构件在分离点的张力；Fy为牵引构件在相遇点的张力；u为牵引构件与导向体间的摩擦因数；a为圆弧导向体的圆心角。牵引构件绕经固定导向体，其两端张力差就是运行阻力Fg：)1(eFFFFyylg(1—39)由以上分析可知：牵引构件沿直线运行时，阻力与牵引构件的张力无关，与负载、运输距离、牵引构件及其支承条件有关，沿曲线运行时，阻力与牵引构件的张力成正