唐興華

（華電重工股份有限公司 上海分公司，上海 200122）

0 引言

帶式輸送機(jī)是輸送松散物料的主要設(shè)備，其具有運(yùn)輸能力大、運(yùn)輸過程連續(xù)化、操作簡(jiǎn)單、安全可靠、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，在冶金、煤炭、交通、水電、化工等領(lǐng)域和場(chǎng)合都得到了廣泛應(yīng)用。

傳動(dòng)滾筒是帶式輸送機(jī)的主要部件之一，傳動(dòng)滾筒所需要的驅(qū)動(dòng)功率的選擇直接關(guān)系到能耗大小、驅(qū)動(dòng)裝置的尺寸及布置、運(yùn)營(yíng)成本等，而驅(qū)動(dòng)功率取決于圓周驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算。因此非常有必要對(duì)圓周驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算進(jìn)行深入探討和研究。帶式輸送機(jī)圓周驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算方法很多，中國、聯(lián)邦德國、日本、美國以及ISO等都有各自的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。其中 ISO 5048，DIN22101，GB/T 17119 以及DTII（A）型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)等是最常用的帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

首先介紹設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和教材中關(guān)于帶式輸送機(jī)圓周驅(qū)動(dòng)力的組成和詳細(xì)計(jì)算，以及帶式輸送機(jī)圓周驅(qū)動(dòng)力的近似計(jì)算，最后對(duì)短距離帶式輸送機(jī)（L＜80 m）的圓周驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算，并提供了工程應(yīng)用實(shí)例。

1 詳細(xì)計(jì)算

有關(guān)帶式輸送機(jī)圓周驅(qū)動(dòng)力的分析及計(jì)算方法，在國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及教材專著中都有不少的描述。雖然標(biāo)準(zhǔn)及教材中相關(guān)的表述存在稍微差異，但是對(duì)輸送機(jī)圓周驅(qū)動(dòng)力（也稱為運(yùn)行總阻力）的組成和計(jì)算方法有比較統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。即圓周驅(qū)動(dòng)力（運(yùn)行總阻力）FU由五部分組成：主要阻力FH，附加阻力FN，特種主要阻力FS1，特種附加阻力FS2和傾斜阻力FSt。計(jì)算公式表達(dá)為

式中：FH為物料、輸送帶移動(dòng)和承載分支及回程分支托輥旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生阻力的總和；FN為包括物料加速和輸送帶之間，物料加速和導(dǎo)料槽的摩擦阻力等，以及輸送帶繞過滾筒的彎曲阻力和該向滾筒的軸承阻力；FS1為包括前傾托輥的摩擦阻力和物料和導(dǎo)料槽欄板的摩擦阻力；FS2為清掃器和卸料器的摩擦阻力；FSt為物料提升或下降的阻力（有正值和負(fù)值之分）。

各分項(xiàng)阻力 FH，F(xiàn)N，F(xiàn)S1，F(xiàn)S2和 FSt的具體計(jì)算公式可以參閱DTII（A）型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)，GB/T 17119《連續(xù)搬運(yùn)設(shè)備帶承載托輥的帶式輸送機(jī)運(yùn)行功率和張力的計(jì)算》。

由式（1）知，圓周驅(qū)動(dòng)力中的組成因素很多，各分項(xiàng)阻力的計(jì)算公式也很抽象和繁瑣。因此在實(shí)際帶式輸送機(jī)的圓周驅(qū)動(dòng)力計(jì)算時(shí)，可以取其主要影響分項(xiàng)阻力，而忽略次要分項(xiàng)阻力。在DTII（A）帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)中，對(duì)于L≥80 m的帶式輸送機(jī)而言，附加阻力明顯小于主要阻力，引入與輸送機(jī)長(zhǎng)度有關(guān)的系數(shù)C。這樣可以簡(jiǎn)化計(jì)算過程，提高了計(jì)算效率。于是式（1）可以變?yōu)?/p>

式中，C為與輸送機(jī)長(zhǎng)度有關(guān)的系數(shù)。

2 近似計(jì)算

由于圓周驅(qū)動(dòng)力中的組成因素很多，各分項(xiàng)阻力的計(jì)算公式也很繁瑣難以記憶。在設(shè)計(jì)帶寬較小的短距離帶式輸送機(jī)時(shí)，可以對(duì)圓周驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行粗略的近似計(jì)算。有關(guān)教材中提及到圓周驅(qū)動(dòng)力的近似計(jì)算，其認(rèn)為驅(qū)動(dòng)力由承載分支阻力和空載（回程）分支阻力構(gòu)成。其驅(qū)動(dòng)力F的近似計(jì)算如式（3）～式（5）所示：

式中：Fo為承載分支阻力；Fu為回程分支阻力；k為與輸送機(jī)長(zhǎng)度有關(guān)的系數(shù)，同式（2）中的C；q′為承載分支托輥組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的單位重量；q″為回程分支托輥組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的單位重量；q0為膠帶的單位質(zhì)量；q為物料的單位質(zhì)量；L為輸送機(jī)長(zhǎng)度；ω為總阻力系數(shù)；β為輸送機(jī)的傾角；ω′為承載分支的阻力系數(shù)；ω″為回程分支的阻力系數(shù)。

當(dāng)輸送機(jī)向上輸送時(shí)，式（3）和式（4）中取正號(hào)；當(dāng)輸送機(jī)向下輸送時(shí)，式（3）和式（4）中取負(fù)號(hào)；式（5）中正負(fù)號(hào)選取與以上相反。

由式（4）和式（5）知，承載分支阻力中含膠帶重量和物料重量共同作用的傾斜阻力±（q0+q）Lsinβ，在回程分支阻力中僅含膠帶重量作用的傾斜阻力?q0Lsinβ，且承載分支阻力和回程分支阻力計(jì)算時(shí)膠帶重量作用的傾斜阻力方向相反，在計(jì)算總阻力時(shí)相互抵消。因此在DTII（A）帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)中，關(guān)于傾斜阻力的計(jì)算僅考慮物料重量引起的傾斜阻力。

對(duì)比式（1）、式（2）和式（3），知圓周驅(qū)動(dòng)力的近似計(jì)算沒有考慮特種主要阻力和特種附加阻力。

3 短距離（L＜80 m）輸送機(jī)的簡(jiǎn)化計(jì)算

對(duì)于短距離輸送機(jī)（L通常小于80 m），按照DTII（A）帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)的要求，應(yīng)該按照式（1）進(jìn)行分項(xiàng)阻力計(jì)算后累加。而附加阻力的計(jì)算公式非常復(fù)雜，也很繁瑣。為了簡(jiǎn)化計(jì)算過程，提高計(jì)算效率，也引入與輸送機(jī)長(zhǎng)度有關(guān)的系數(shù)C′。于是短距離輸送機(jī)的圓周驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式為

式中：C′為與輸送機(jī)長(zhǎng)度有關(guān)的系數(shù)；FH、FS1、FS2和 FSt同式（1）含義相同。

由于短距離帶式輸送機(jī)（L＜80m）的附加阻力與主要阻力的比例過大，附加阻力所占的比重較大，因此選取合適的系數(shù)C′很重要。建議可以選取C的上限值作為C′的數(shù)值。

4 應(yīng)用實(shí)例

某帶式輸送機(jī)長(zhǎng)度L=36 m，承載分支托輥轉(zhuǎn)動(dòng)部分單位重量q′=29.10 kg/m，回程分支托輥轉(zhuǎn)動(dòng)部分單位質(zhì)量q″=10 kg/m，膠帶的單位質(zhì)量q0=20kg/m，輸送物料的單位質(zhì)量q=132.28kg/m，輸送機(jī)的傾角β=0°，總阻力系數(shù)ω=0.03，與輸送機(jī)長(zhǎng)度有關(guān)系數(shù) k=C′=2.5。

1）近似計(jì)算。根據(jù)式（3）得圓周驅(qū)動(dòng)力F=5592.90 N。

2）簡(jiǎn)化計(jì)算。根據(jù)式（6）得圓周驅(qū)動(dòng)力F=10 119.12 N，其中主要阻力FH=2239.44 N，考慮附加阻力影響修正后的主要阻力C′×FH=5598.60 N。利用Excel表格的強(qiáng)大計(jì)算功能，編制計(jì)算表格如表1所示。

表1 近似計(jì)算和簡(jiǎn)化計(jì)算

對(duì)比近似計(jì)算和簡(jiǎn)化計(jì)算結(jié)果，知近似計(jì)算結(jié)果誤差較大，因?yàn)槠錄]有考慮特種主要阻力和特種附加阻力。通過諸多工程項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)式（6）計(jì)算的圓周驅(qū)動(dòng)力是合適的，滿足工程使用要求。

5 結(jié)論

介紹了帶式輸送機(jī)圓周驅(qū)動(dòng)力的詳細(xì)計(jì)算和近似計(jì)算，并對(duì)于短距離帶式輸送機(jī)（L＜80 m）的圓周驅(qū)動(dòng)力提出了簡(jiǎn)化計(jì)算方法，提供了工程應(yīng)用實(shí)例。較好地解決了關(guān)于帶式輸送機(jī)圓周驅(qū)動(dòng)力實(shí)際工程計(jì)算的可操作性和簡(jiǎn)便性，同時(shí)為驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算提供了理論基礎(chǔ)。

［1］ 北京起重運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)研究院.DTII（A）帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.2版.北京：冶金工業(yè)出版社，2013.

［2］ 楊復(fù)興.膠帶輸送機(jī)結(jié)構(gòu)、原理與計(jì)算［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1990.

［3］ 黃萬吉.礦山運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)［M］.遼寧：東北工學(xué)院出版社，1990.

［4］ 蔣瓊珠.連續(xù)運(yùn)輸機(jī)［M］.北京：人民交通出版社，1986.

［5］ 宋偉剛.散狀物料帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)［M］.沈陽：東北大學(xué)出版社，2000.