張建軍，許 寧，趙 炎

(神華黃驊港務公司，河北滄洲 061113)

0 引言

帶式輸送機是散裝物料的主要運輸工具之一，在能源領域有著十分廣泛的應用。其具有高速化、自動化、連續(xù)性作業(yè)的特點，自1975年被發(fā)明以來，被廣泛應用于電力、冶金、煤炭、港口、糧食等領域［1－2］。目前，帶式輸送機的發(fā)展趨勢是長運距、大帶寬、大運載能力、大傾角。僅就神華黃驊港務公司而言，由于其三、四期工程使用了筒倉儲煤工藝，建有儲煤能力達3萬t的筒倉48座，相比傳統(tǒng)堆場型儲煤工藝而言，大大節(jié)約了堆場的占地面積，取消了堆料機、取料機的中間環(huán)節(jié)，很大程度上提高了煤碼頭自動化作業(yè)程度，有效提高了裝船作業(yè)效率。伴隨著筒倉儲煤工藝，相應的帶式輸送機的運距、運載能力、爬坡角度都要有所提高，該公司所使用的皮帶機最長運距達到1 700 m，帶寬最大為2 400 mm，最大作業(yè)能力達到9 200 t/h。

隨著帶式輸送機向大型化方向發(fā)展，皮帶機的驅動能力就顯得尤為關鍵，如果驅動能力不能滿足要求，輸送機的動力來源就得不到保障，將直接影響其作業(yè)能力。因此，帶式輸送機安裝完成后進行驗收時，業(yè)主和監(jiān)理方不僅需要現場實際考核其性能，還應該從理論角度，根據設備安裝的實際情況與所要達到的性能參數，計算出所需的驅動功率，進而與現場實際安裝的電機總功率比較，以此來判斷帶式輸送機驅動能力是否滿足設計要求。

1 公式推導

1.1 圓周驅動力計算

圓周驅動力是驅動滾筒的牽引力，等于皮帶機正常運轉時的各種阻力之和［3］。圓周驅動力如下:

式中:FH為主要阻力，N;FSt為傾斜阻力，N;FS1為特種主要阻力，N;FS2為特種附加阻力，N;C為阻力系數，與皮帶機長度L有關。

1.1.1 主要阻力FH

輸送機的主要阻力是物料及皮帶運動所產生的阻力與托輥旋轉產生的阻力之和［4］，即:

式中:f為模擬摩擦系數;L為輸送機長度，m;g為重力加速度;qRO為承載托輥組每米長度旋轉部分質量，kg/m;qRU為回程托輥每米長度旋轉部分質量，kg/m;qG為每米長度輸送物料質量，kg/m;qB為每米長度輸送帶質量，kg/m;δ為輸送機傾角。

1.1.2 主要特種阻力FS1

主要特種阻力由托輥前傾的摩擦阻力Fε和被輸送物料和導料槽擋板之間的摩擦阻力Fgl兩部分構成，計算方法如下:

式中:Fε可按如下方式計算:

①三個等長輥子的前傾上托輥:

②二輥式的前傾下托輥:

式中:Cε為槽型系數，30°時為0.4，35°時為0.43，45°時為0.5;μ0為托輥和輸送帶間的摩擦系數，一般取0.3～0.4;ε為托輥前傾角度;λ為回程托輥仰角;Lε為裝有前傾托輥的輸送機長度，m。

另外，Fgl計算如式(6):

式中:S為最大物料截面積，m2;l為導料槽擋板長度，m;b1為導料槽裙板間寬度，m;μ1為物料與導料擋板間的摩擦系數，一般取0.5～0.7。

1.1.3 附加特種阻力FS2

針對煤炭輸送帶而言，附加特種阻力主要是指清掃器與輸送帶之間摩擦而產生的阻力，因此FS2計算如式(7):

式中:n為清掃器個數，包括頭部清掃器和回程清掃器;A為清掃器與輸送帶接觸面積，m2;P為清掃器于輸送帶之間的壓力，N/m2，一般取3×104～10×104N/ m2;μ2為清掃器和輸送帶之間摩擦系數，一般取0.5～0.7。

1.1.4 傾斜阻力FSt

傾斜阻力是針對提升輸送帶而言的，是由于物料自重產生的，計算如式(8):

式中:H為輸送機受料點與卸料點間的高度差，m，輸送機向上提升時，H取正值。

1.2 驅動電機功率計算

傳動滾筒軸功率PA計算方法如式(9):

由于傳動裝置存在功率損耗，因此電機的實際功率要比傳動滾筒軸功率大。電動機輸出功率要經過高速聯軸器、液力偶合器、減速機、低速聯軸器等傳動部件傳遞到驅動滾筒上，對于多電機驅動的輸送機來說，還需考慮電機啟動不平衡性帶來的影響。電機功率計算如式(10):

式中:η為傳動效率;η'為壓降系數;η″為多電機驅動不平衡系數。

1.3 驅動能力驗證

根據計算得出的理論電機功率值PM，與現場安裝電機的總功率P進行比較，當P≥PM時，說明皮帶機的驅動能力滿足設計要求。反之，則不滿足設計要求，需施工單位加以整改。

2 實例計算

以神華黃驊港務公司BH11－1皮帶機為例，對輸送帶的驅動能力計算進行驗證。神華黃驊港務公司經過四期工程建設，已發(fā)展成為年下水能力達到2億t的大型專業(yè)化煤炭運輸碼頭。煤炭經鐵路運送到黃驊港，利用翻車機卸載直到裝船出海過程中全部需要借助帶式輸送機進行運輸，目前全港已建成皮帶機102條，正在建設的皮帶機21條。其中，BH11－1皮帶機是為儲煤筒倉輸煤的4條干線之一，全長為1 214 m，爬坡角度為12°，帶寬為2 200 mm，爬坡高度為53.7 m，額定帶速為5 m/s，額定作業(yè)能力為8 000 t/h，最大作業(yè)能力為9 200 t/h。該皮帶機簡圖如圖1所示。

圖1 BH11－1皮帶機簡圖

2.1 圓周驅動力計算

2.1.1 主要阻力FH計算

該皮帶機的主要阻力需分兩段計算，分別為平直段922 m與爬坡段292 m。先確定模擬摩擦系數f，取值如表1所列。

表1 模擬摩擦系數f

根據式(2)需確定如下參數，考慮到BH11－1的使用環(huán)境，選取f=0.025;經查設計圖紙，可計算出承載托輥每米旋轉質量qRO=113.02 kg/m;回程托輥每米旋轉質量qRU=29.70 kg/m;每米皮帶質量qB=72.60 kg/m;根據皮帶機帶速與最大作業(yè)能力可計算出最大負載時每米皮帶上物料質量qG=511.11 kg/m。由此可得:FH=236 629.47 N。

2.1.2 主要特種阻力FS1計算

針對BH11－1皮帶機而言，主要特征阻力由三部分構成，分別是前傾承載前傾槽型托輥摩擦阻力Fε1、回程前傾平托輥摩擦阻力 Fε2及導料槽摩擦阻力Fgl。

計算承載摩擦阻力Fε1時，根據式(4)需確定如下參數:該皮帶機選用40°槽型托輥，因此Cε=0.47;摩擦系數μ0=0.32;承載面安裝有前傾托輥長度分別為平直段Lε1=805 m，爬坡段Lε2=280 m;查圖紙可得托輥前傾角度ε1=1.68°;由此可得承載面前傾托輥阻力為:

同樣，計算回程摩擦阻力Fε2時，根據式(5)需要確定參數:回程皮帶安裝有前傾托輥長度分別為平直段Lε2=782 m，爬坡段Lε2=256 m;查圖紙可得λ= 5°;ε2=1.04°;由此可得回程皮帶前傾托輥阻力為:

該皮帶機共有兩段導料槽，計算摩擦阻力Fgl時，根據式(6)需確定如下參數:選取μ1=0.55;經查圖紙可得最大物料截面積S=0.56 m2;導料槽總長l =45.6 m;物料密度ρ=0.9×103 kg/m3;導料槽裙板內寬b1=1.33 m;由此可得導料槽摩擦阻力為:

綜上，由式(3)可得主要特種阻力為:

2.1.3 附加特種阻力FS2

針對該皮帶機而言，附加特種阻力即清掃器與輸送帶之間的摩擦力。BH11－1皮帶機共安裝中段3個“V”型清掃器，頭部清掃器2個。根據式(7)，需確定如下參數:選取摩擦系數μ2=0.5;清掃器與輸送帶之間的接觸面積分別為A頭=0.022 m2、A中=0.033 m2;清掃器與輸送帶之間的壓力P=4×104N/m2;由此可得附加特種阻力為:

2.1.4 傾斜阻力FSt

BH11－1皮帶機爬坡高度達到53.7 m，由此產生的傾斜阻力在總阻力中占有很大比重。根據式(8)可得:

綜上，由式(1)可知滾筒的圓周驅動力等于輸送帶運行時所有阻力之和，(根據輸送帶長度，選取系數C=1.07)即:

2.2 驅動電機功率計算

由式(9)可知，傳動滾筒功率為:

BH11－1皮帶機采用的是5臺電機變頻啟動的方式，電機輸出功率依次通過梅花聯軸器、二級減速器、彈性柱銷聯軸器，最后傳遞給驅動滾筒。根據驅動裝置形式，選取傳遞效率η=0.92;壓降系數η'= 0.95;多電機驅動不平衡系數η″=0.93。由此可得所需電機驅動功率為:PM=3 664.46 kW。

2.3 驅動能力校核

該皮帶機利用5臺功率為750 kW的電動機作為動力來源，可得出皮帶機實際驅動總功率P=3 750 kW。由于P＞PM，因此可以驗證該條皮帶機的驅動能力滿足設計要求。

3 結語

詳細介紹了一種帶式輸送機驅動能力校核的方法，根據帶式輸送機的安裝條件和性能要求，可計算出所需的驅動功率，與現場驅動電機的總功率相比，來驗證驅動能力是否滿足使用要求。然后，以神華黃驊港務公司BH11－1皮帶機為例進行實例計算，驗證了該皮帶機驅動能力能夠滿足設計要求。

［1］ 陳 鈺，戴建立.長距離帶式輸送機動態(tài)分析發(fā)展現狀［J］.煤礦機電.2003(1):34－36.

［2］ 楊達文，鮑師云.常用帶式輸送機的現狀［J］.起重運輸機械，2003(1):4－6.

［3］ 趙道軍.長運距、大傾角、高強度帶式輸送機的研究［D］.西安:西安理工大學，2007.

［4］ 宋偉剛.散裝物料帶式輸送機設計［M］.沈陽:東北大學出版社，2000.