转弯带式输送机的设计与应用论文

转弯带式输送机的设计与应用张华泰安力博机电科技有限公司摘要：本文针对平面转弯带式输送机设计过程中的问题，详细介绍了转弯段转弯措施、转弯半径计算方法及参数选择与运行调节，通过合理确定技术参数，满足了带式输送机在转弯段受力平衡、不飘带、不撒料等要求。关键词：平面转弯带式输送机转弯措施参数选择0.引言带式输送机的转弯变向运行有三种方式：搭接转载、强制性弯曲运行、非强制性弯曲运行。输送机串联搭接是最早实现弯曲变向的方法，但在搭接处理论上要求物料速度与胶带运行速度相等，当二者速度不等时，会造成对胶带和设备的冲击，同时设备台数多，投资和维护费用高；强制性弯曲运行时在整条皮带上或转弯段采用特殊的结构（如管状带式输送机、增加立辊等），这样就使输送机的造价增大，不易维护，运行阻力增大，因此这两种方式现在很少使用。平面转弯带式输送机是通过抬高转弯段内曲线、增加托辊组槽角等措施实现自然变向的带式输送机，由于其在结构上除转弯部分外与普通带式输送机零部件通用，结构简单，成本低廉，节省设备，成为平面弯曲运行采用的普遍方式。1.转弯措施：在输送带的张力作用下，普通带式输送机的输送带单元的受力和弯曲段输送带的受力情况如图一所示，其两端张力作用在同一直线上的，单元上的各力是平衡的，而弯曲段输送带受力单元两端的张力方向有一个夹角，输送带单元的合力不平衡，将产生一个向心力。平面转弯带式输送机托辊组结构与布置的特点就是产生一个向外的离心力，以平衡输送带张力的向心合力。针对这一原理常用的转弯措施包括：图一：直线段和曲线段胶带受力示意图（１）使转弯处的托辊具有安装支撑角。它是在转弯处，使托辊的内侧端向输送带运行方向移动而形成。愈小对输送带运行是有利的，，但=0时托辊将不产生对胶带向外的推力，此时胶带将逐渐向内跑偏，一般按经验取=0.5。图二转弯段托辊布置（2）增大成槽角0，0是侧托辊轴线与中间平托辊轴线形成的夹角。0愈大，不但使转弯半径减小，而且使输送带具有居中自动调节能力。由于转弯处托辊成槽角的变化，使相应的机架、托辊座或连接装置要有所改动。同理，为了改善回空侧输送带的居中自动调节性能和减小回空带所确定的转弯半径，回空侧输送带可采用V形托辊组。（3）构成内曲线抬高角，胶带在转弯曲线的内侧所形成的曲线叫内曲线。内曲线的抬高可减小转弯半径，愈大对转弯越有利，但过大会使物料向外滚动，因此角不宜过大。图三内抬高角与成槽角的构成（4）对采用单托辊组的回空分支，在两回程托辊之间的输送带上面加压辊，可以减小回空侧所确定的转弯半径。2.转弯半径的确定：(１)根据力的平衡规律确定曲率半径R1在转弯处应保证输送带在任何正常工况下不发生跑偏，而跑偏的根本原因在于力的不平衡所致。根据转弯处诸力的平衡方程可以导出满足力学平衡条件的最小转弯半径。取圆心角为dα的微元段最为分析对象。胶带上受力为：初张力S，张力增量dS，运行阻力dW，离心力dQ，托辊给胶带的反力dP1、dP2、dP3,托辊给胶带的离心摩擦力反力dT1,dT2,dT3,,设重力在各托辊上的重力分配系数为K1、K2、K3，则各托辊上承受的物料与胶带重力为：dgqK01、dgqK02、dgqK03。图四胶带在转弯处受力分析图由上图可知：cos11dPdT（1）cos22dPdT（2）cos33dPdT（3）其中：的含义是胶带与托辊间虽可产生最大的摩擦力，但所需要的可以小于该值，如果K1、K2、K3不变，得数值将因胶带向内跑偏力的不同而有所改变，使托辊作用于胶带的离心力与之平衡。计算时，为充分利用摩擦力来减小转弯半径，可按1来考虑。以单个托辊作为研究对象：)sin()cos(010101dTdPdgqK（4）)sin()cos(020202dTdPdgqK（5）)sin()cos(1303dTdPdgqK（6）承载分支胶带微元体的运行阻力为：dRgqqdWt)(0（7）忽略离心力的影响，在切线方向力的平衡公式为：dS=dW（8）由（7）和（8）可得：ddsgqqRt)(10（9）法线方向力的平衡方程为（10）：)sin()cos()sin()cos()sin()cos()2sin()2sin()(3302020101dPdTdPdTdPdTdSddsS当d很小时：22sindd，2ddS为高阶无穷小，联立以上各式可得：gqS00（11）其中：000100002003cos()cossin()cos()sin()coscos()sin()cos()sin()coscossin(12)cossincosKKK(12)0称为导来摩擦系数，它是随、0、而变化的变量，当无曲线内抬高角和托辊成槽角时，0，相当于摩擦系数。当内曲线抬高角或加大成槽角0时均可使0增大，即与0的存在相当于值得增大。由式（9）和式（11）可得：000()tqdSSqqd（13）积分后带入式（11）得：'00()10tdqqyqdSReqg（14）其中：YS－在回空分支沿输送带运行方向，直线段与曲线段相遇点输送带的张力，N；tq－回空分支转弯处托辊旋转部分线质量，kg/m；''w－回空分支托辊与输送带沿托辊运行阻力系数；1R－满足力学条件的最小转弯半径，m；dq－输送带的线质量，kg/m；－转弯角度，rad。注意问题：利用力的平衡条件选择有关参数时应注意：○1为充分利用摩擦力，取摩擦力利用系数1；○2无载时胶带的离心力小，摩擦也小，所需曲率半径大，故计算时取曲线段上取物料线质量0q；○3对于复杂工况的输送机，应充分考虑各种运行工况，相遇点张力取最大值带入公式计算。○4对于采用深槽托辊组的转弯皮带机，应考虑深槽托辊对阻力系数的影响，可比正常段的阻力系数增大0.002~0.003。(2)根据输送带的容许应力确定曲率半径R2在转弯处，如果转弯半径为常数，把输送带中心线视为中性轴，则输送带外缘相对拉伸，而内缘相对压缩。显然相对拉伸和压缩的变形量与转弯半径有关，并随其减小而增大。因此，要保证输送带外缘应力不超过许用应力，满足该条件的最小转弯半径R2为：022()eLEBRSS（15）其中：Se——输送带的许用张力，NSL——转弯终点输送带的张力，N；B——带宽，m；E0——输送带的拉伸刚度；Sp——输送带的破断拉力，N；p——输送带的破断应变。(3)按输送带不离开侧托辊验算R3转弯半径过小时，有可能发生在外侧托辊上的输送带飘起而离开托辊的现象，从而使输送机不能稳定运转。满足输送带外侧不离开托辊的最小转弯半径为1220230.50.53mmdddStgStgEkBSinRgqgqgq（16）其中：R3——满足输送带不离开侧托辊的最小转弯半径，m；Sm——转弯段输送带张力的最大值，N；SL——转弯终点输送带的许用张力，N；——外侧输送带与水平线的夹角。=0-。输送机的转弯半径为：R=max{R1，R2，R3}。3.胶带运行中的对中调节和有关参数的选择：3.10的自动调节原理：根据导来摩擦公式可知安装支撑角对导来摩擦系数的影响较小，仅讨论其他参数对其影响。在确定转弯半径的计算过程中，通常取物料在托辊上的重力分配系数为4.03.0321KKK，，实际跑偏时，分配系数会有所变化，倘若允许10%的跑偏，向内跑偏时，2.04.0231KKK，，此时0值最大，向外跑偏时，2.04.0132KKK，，此时0值最小：2.04.02310(max)0KKK4.02.03210(min)0KKK（17）调节系数为：(min)0(max)0b（18）在实际使用过程中希望0和b越大越好：0的增大将减小转弯半径，b的增大将更有利于现场调偏，经过计算可得出结论如下：（1）与一定，增大0：0和b都将增大；（2）与0一定，增大：0将增大，b将减小；（3）与0一定，增大：0将增大，b将减小。（4）当、0、一定时，由于跑偏而使分配系数有所变化，当向外跑偏时，1K减小而2K增大，从而0减小，减小了对胶带和物料的向外推力，当向内跑偏时，1K增大而2K减小，从而0增大，增大了向外推力，这种自动调节作用有利于胶带的居中，减小跑偏程度。由于转弯半径的计算是按照最困难工况为条件的，因此在有载和无载时胶带的跑偏方向是不同的。无载时由于摩擦小，托辊给胶带的横向推力小，因此胶带向内跑偏，而在有载时情况相反，胶带向外跑偏。若半径值合理，则跑偏量均能在要求范围之内。现场安装时，可根据胶带的实际跑偏情况调节安装支撑角的大小。若曲率半径较小，调节角也有可能在无载时稳定运行，但在有载时将出现过度向外跑偏，此致侧辊经常发生作用。若曲率半径过小，则无论如何调节，胶带也不会稳定，因此合理的确定曲率半径显的尤为重要。。3.2参数选择原则：3.2.1摩擦系数的选择：值的大小不是取决于人们的愿望而是取决于材料的性质，一般钢面托辊与橡胶面的最大摩擦系数可取为：2.0max。3.2.2内曲线抬高角的选择：内曲线抬高角从容许的角度看，最小可取到0，最大可取到物料内静、动摩擦角差值之半（动摩擦角一般为静摩擦角的0.5—0.7倍），这样物料在由直线段转到过渡段曲线后的短时间内不会向外流动。实践证明：5为宜。3.2.3托辊组成槽角0的选择：托辊成槽角的增大能同时增大0和b，是减小转弯半径的最有效措施，因此在转弯段可采用深槽托辊结构以满足半径要求，最大槽角可达60°。在实际的设计计算中，应综合考虑各项参数的影响，优先考虑增大槽角，然后考虑抬高角。若各参数调整后仍不能满地形地貌等要求而使转弯成为不可能，这时应设法降低相遇点的张力值，可采取的措施包括：（1）加尾部驱动；（2）在转弯相遇点之前加辅机驱动。4.应用实例：龙滩煤矿长距离带式输送机4.1基本参数：基本技术参数运量400t/h运距6000m平均倾角-0.3%带速2.5m/s输送带宽度B=800输送带型号ST1600转弯角度6°18′58″4.2设计结论：电机功率：4×250kW（三驱，一套备用）；转弯段措施：=0.5，0=60°，=5°；转弯半径（理论值）：850m；转弯半径（实际取值）：1000m。经过现场满载和空载情况下的反复调试，通过调整安装支撑角，达到了空载时皮带稍向内跑偏，带载时稍向外跑偏，但均在允许范围之内，没有出现撒料、飘带等现象，运行情况良好。参考文献[1]孙可文著.带式输送机的传动理论与设计计算.北京:煤炭工业出版社，1991[2]于岩等.运输机械设计.北京：中国矿业大学出版社，1998[3]宋伟刚编著.散状物料带式输送机设计.东北大学出版社.2000[4]DTII型固定式带式输送机设计选用手册.冶金工业出版社.1994[5]陈培媛站悦晖宋伟刚.平面转弯带式输送机的结构设计.煤矿机械.2005[6]于英华徐平.胶带输送机的转载设计理论.阜新矿业学院学报.1997[7]李光布编著.带式输送机动力学及设计.北京.机械工业出版社.1998