（北方重工集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽 110141）

淺談帶式輸送機(jī)啟動和制動的受力分析與計(jì)算

楊忠大 崔鳳平 付 瑤

（北方重工集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽 110141）

本文敘述帶式輸送機(jī)啟動與制動的過程，通過對啟制動過程中的受力進(jìn)行分析，并且對關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行簡要計(jì)算，得出合理的啟制動過程，做出對帶式輸送機(jī)各部件啟制動過程的合理保護(hù)，以得到理想的啟動與制動方案。

啟動；制動；受力；保護(hù)

帶式輸送機(jī)是輸送松散物料的主要運(yùn)輸機(jī)械，廣泛應(yīng)用于煤炭、鋼鐵、礦山、電廠等工業(yè)部門，且?guī)捷斔蜋C(jī)又有運(yùn)輸能力大，工作阻力小，貨載的破碎性小，結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)。帶式輸送機(jī)的受力較為復(fù)雜，一般在啟、制動過程中系統(tǒng)各部件受力較大，特別是帶式輸送機(jī)啟動過程，要克服靜止?fàn)顟B(tài)下機(jī)體、貨載的慣性和巨大的系統(tǒng)阻力，此時(shí)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)受力狀況最為惡劣，因此，正常合理的啟動與制動關(guān)系著輸送機(jī)的正常工作、減小對設(shè)備損耗、制作控制系統(tǒng)等，所以，對帶式輸送機(jī)的啟動與制動的分析與計(jì)算是不可缺少的部分。

一、分析與計(jì)算

帶式輸送機(jī)在啟動和制動過程中，需克服系統(tǒng)的慣性，使輸送帶逐漸由靜止?fàn)顟B(tài)加速至額定帶速運(yùn)轉(zhuǎn)或逐漸減速至停機(jī)為止，如果加速度過大或啟動過快，會產(chǎn)生強(qiáng)烈的動載荷，對帶式輸送機(jī)系統(tǒng)部件造成很大的沖擊。因此在啟動和制動時(shí)必須考慮負(fù)荷，并保證啟（制）動時(shí)，在最不利的情況下確定的加（減）速度能保證物料與輸送帶間不打滑，此時(shí)應(yīng)滿足計(jì)算式（1），（2）

μ1——輸送帶與物料間的摩擦系數(shù)。

通過動力學(xué)分析，我們知道：皮帶機(jī)起動時(shí)或突然停止時(shí)，其嚴(yán)重后果是帶式輸送機(jī)儲存能量快速釋放或快速堆積對其機(jī)械部件及膠帶本身造成了嚴(yán)重?fù)p害，尤其是在皮帶機(jī)傾角處和拉緊裝置緊邊處，其危害是致命的。通俗地講，在起動時(shí)慢起，把能量增加的節(jié)奏放慢，在停車時(shí)慢停，把能量釋放的節(jié)奏放慢，就能夠保護(hù)膠帶和動力傳動裝置及其機(jī)械部件。所以，在皮帶機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算過程中，必要時(shí)應(yīng)考慮設(shè)置可控軟啟動或變頻調(diào)速。

由式（3）可以看出，在圓周驅(qū)動力一定的情況下，啟動時(shí)輸送機(jī)所受驅(qū)動力越大，整個(gè)輸送機(jī)運(yùn)動及旋轉(zhuǎn)部分所受合外力就越大，輸送帶獲得的加速度就越大

式中：Fu——穩(wěn)定運(yùn)行工況圓周驅(qū)動力，N；

n——驅(qū)動單元數(shù)；

JiD——驅(qū)動單元第i個(gè)旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動慣量，kg.m2；

ii——驅(qū)動單元第i個(gè)旋轉(zhuǎn)部件至傳動滾筒的傳動比；

r——傳動滾筒半徑，m；

Ji——第i個(gè)滾筒的轉(zhuǎn)動慣性，kg.m2；

ri——第i個(gè)滾筒的滾筒半徑，m。

式（4）為啟動和制動時(shí)輸送機(jī)直線移動部分和旋轉(zhuǎn)部分的慣性力。式（5）為直線移動部分質(zhì)量，式（6）為各旋轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)換為傳動滾筒上直線移動的質(zhì)量，其中包括電機(jī)、高速軸聯(lián)軸器（或液力偶合器）、制動輪、減速器、低速軸聯(lián)軸器、逆止器和所有滾筒的轉(zhuǎn)動慣量。

啟（制）動加速度應(yīng)滿足式（1）、式（2），一般控制在0.1aA（B）～0.3m/s2。啟動時(shí)傳動滾筒上最大圓周驅(qū)動力為：

KA——啟動系數(shù)，1.3～1.7。

由上述分析可以得出，帶式輸送機(jī)的啟動時(shí)間及啟動加速度是可控的，所以在比較特殊的輸送帶設(shè)計(jì)時(shí)，為保證輸送機(jī)的正常啟動以及保護(hù)系統(tǒng)各部件，應(yīng)設(shè)軟啟動。較為常用的軟啟動方式有液體粘性軟啟動。液體粘性軟啟動裝置是利用液體的粘性（即油膜剪切力）來傳遞扭矩的，當(dāng)主動軸帶動主動摩擦片旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過摩擦之間的粘性流體形成油膜帶動從動摩擦片的旋轉(zhuǎn)，可通過改變油壓來調(diào)節(jié)主、從動摩擦片之間的油膜厚度，改變從動摩擦片輸出的轉(zhuǎn)速和扭矩的大小，從而實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)各項(xiàng)驅(qū)動要求和可控軟啟動。在啟動過程中傳動滾筒所受扭矩達(dá)到輸送運(yùn)行中的最大值，所以在滾筒選型時(shí)須考慮啟動時(shí)的尖鋒載荷。

當(dāng)皮帶機(jī)突然制動或傳動滾筒的速度突然降低時(shí)，由于機(jī)械設(shè)備的慣性作用，整個(gè)皮帶上應(yīng)力波會造成傳動滾筒以下的回程皮帶被拉緊，傳動滾筒以上的回程皮帶和上行皮帶被放松，所以控制制動時(shí)的減速度非常重要。當(dāng)帶式輸送機(jī)自由停車時(shí)，制動圓周力及自由停車時(shí)間按公式（8）、（9）和（10）計(jì)算。

自由停車時(shí)間∶

根據(jù)上述可以分析出停車時(shí)間決定于制動時(shí)的慣性力和整個(gè)輸送機(jī)的摩擦阻力，然而我們可以通過對皮帶機(jī)的設(shè)計(jì)來調(diào)節(jié)制動時(shí)的慣性力的大小，以調(diào)節(jié)停車時(shí)間。這樣可以獲得不同情況下所需要的停車時(shí)間，以便于把停車時(shí)間控制在安全范圍內(nèi)。

采用制動器時(shí)的制動圓周力按式

i——制動器至傳動滾筒的傳動比；

MZ——制動器的制動力矩，N.M；

r——傳動滾筒半徑，m。

帶式輸送機(jī)在制動時(shí)，需考慮最不利的情況，即，水平段和下運(yùn)段滿載，其它段空載。在這種情況下，輸送機(jī)所受慣性力最大。根據(jù)計(jì)算可以得出，在加設(shè)制動器時(shí)，制動力矩越大，系統(tǒng)停車時(shí)的減速度越大，停車時(shí)間越小，所以，如果安裝較大制動力矩的制動器時(shí)，停車時(shí)間過短，物料與輸送帶間很可能發(fā)生相對移動，出現(xiàn)物料飛濺等現(xiàn)象，并且對系統(tǒng)各部件有較大沖擊。因此，在增加制動力矩時(shí)，須考慮停車時(shí)間以及系統(tǒng)各部件的損耗程度，將停車時(shí)間控制在安全可調(diào)范圍內(nèi)。

通過上述對帶式輸送機(jī)啟動和制動時(shí)的力學(xué)分析，可以得到：皮帶機(jī)起動或突然停止時(shí)，是使整個(gè)輸送系統(tǒng)具有正常運(yùn)轉(zhuǎn)能量或?qū)⒄麄€(gè)運(yùn)動系統(tǒng)所具有的能量快速消耗的過程，由于輸送機(jī)運(yùn)動部分質(zhì)量較大，所以在啟動和制動過程中系統(tǒng)所受的合外力較大，造成系統(tǒng)某些部件受到較大的應(yīng)力，危害運(yùn)動系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，合理的控制帶式輸送機(jī)的啟動與制動，是帶式輸送機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的先決條件，更有利于得到理想的設(shè)計(jì)方案。

[1]宋偉剛.通用帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[2]梁庚煌.運(yùn)輸機(jī)械手冊（第2冊）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1983.

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