劉海玉，劉水石，吳奇

（中冶長天國際工程有限責任公司，湖南 長沙 410007）

基于簡易法帶式輸送機計算優(yōu)化模型研究

劉海玉，劉水石，吳奇

（中冶長天國際工程有限責任公司，湖南 長沙 410007）

針對帶式輸送機運行規(guī)律及物料特點，基于簡易帶式輸送機計算方法，結(jié)合筆者單位多年研究經(jīng)驗，提出了改進型的簡易計算方法，并依此采用高級程序語言開發(fā)了帶式輸送機計算系統(tǒng)，為帶式輸送機的計算選型提供了依據(jù)。

帶式輸送機；簡易計算法；優(yōu)化模型

帶式輸送機廣泛應(yīng)用于化工、煤炭、冶金、建材、電力及交通等行業(yè)，其運輸?shù)奈锪现饕詨K狀或散狀為主，是整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中物流輸送系統(tǒng)的載體。在實際生產(chǎn)和工程設(shè)計中不可避免遇到帶式輸送機的選型、功率及張力計算的問題。合適的選型可保證適當?shù)淖鳂I(yè)率，并可有效降低設(shè)備成本以及能耗，選型的重點在于在給定帶式輸送機的工藝參數(shù)情況下，準確、合理的計算出帶式輸送機的帶寬、電動機功率、相關(guān)張力等主要數(shù)據(jù)。

目前涉及到帶式輸送機計算方法主要有國際標準計算法(ISO5048:1989連續(xù)搬運設(shè)備帶承載托輥的帶式輸送機運行功率和張力計算)、簡易計算法以及逐點張力計算法，表1針對三種計算方法做了相應(yīng)的比較。簡易計算方法簡單、適應(yīng)性強，并且該方法通過工程應(yīng)用以及各大設(shè)計單位的使用，證明了其具有一定的可靠性和準確性。然而該算法也有不足之處，不能適應(yīng)于長距離、大運量的帶式輸送機。因此在充分研究簡易計算方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合筆者單位在帶式輸送機的設(shè)計與應(yīng)用，提出了改進型的計算方法，并采用高級程序語言實現(xiàn)了帶式輸送機計算系統(tǒng)的開發(fā)。

1 計算方法概述

針對帶式輸送機的選型而言，其計算結(jié)果的重點在于帶寬、電動機功率以及張力的計算，這些計算結(jié)果為帶式輸送機的輸送帶選擇、驅(qū)動滾筒、驅(qū)動裝置選型提供了依據(jù)。本文以上述三者的計算為重點，其他計算可參閱文獻[2]。

1.1 帶寬計算

（1）式中Q代表運輸量，v、γ、k、c、ε分表代表了速度、物料容重、帶面系數(shù)、傾角系數(shù)、速度系數(shù)。式（1）算出的帶寬按照式（2）進行核算帶寬是否滿足輸送物料最大粒度的要求，若是不符合，則在該帶寬的基礎(chǔ)上選擇更大規(guī)格的輸送帶。

1.2 功率計算

簡易計算方法中提出的傳動滾筒軸功率計算，是針對水平投影長度小于80m而提供的，不能適應(yīng)所有帶式輸送機的要求，故具有一定的局限性，為了能夠適應(yīng)長距離的輸送機，本文采用長度系數(shù)k′來進行修正以滿足長距離帶式輸送機的計算要求，從而優(yōu)化簡易計算法并使用其具有通用性。

通過式(3)可計算出帶式輸送機的傳動滾筒軸功率N0，此式中k1Lv、k2LQ分別代表輸送帶及托輥部分運轉(zhuǎn)功率、物料水平運輸功率；0.00273QH代表物料垂直提升功率，針對下行皮帶機取負值；N′為卸料器及導(dǎo)料槽附加功率；k3、k4分別代表附加功率系數(shù)、卸料器功率系數(shù)。

式(4)可計算得到帶式輸送電動機功率N，其中K、μ分別代表功率備用系數(shù)及總傳動效率。

表1 帶式輸送機計算方法比較

1.3 張力計算

輸送帶張力在整個長度上是變化的，影響因素眾多，為保證輸送機的正常運行，輸送帶張力必須滿足以下兩個約束條件：（1）輸送帶在正常運行下，不能與傳動滾筒間發(fā)生打滑。（2） 作用在輸送帶上的張力必須大，使輸送帶在兩組承載托輥間保持垂度小于一定值。

為了滿足約束條件1條件，采用以下的計算方法：

通過式（5）（6）（7）可計算得到圓周力F、驅(qū)動滾筒處輸送帶繞入點張力S及繞出點張力S′。其中F表示作用于驅(qū)動滾筒上的圓周力，其值為帶式輸送機運行過程中的所有阻力之和，eμα代表了歐拉系數(shù)。采用上述公式計算后，還須按輸送帶允許的下垂度驗算其最小張力點的張力從而可最終確定S及S′。為了滿足約束條件2，作用在輸送帶上任意一點的張力Fmin，需按照（8）（9）進行校驗。

式（8）（9）分別是滿足承載分支、回程分支的張力要求。其中(h/a)adm表示允許最大垂度，a0、aμ分別表示承載上托輥、回程下托輥間距。qG，qB分表代表每米回程分支質(zhì)量、每米長度輸送帶質(zhì)量。

基于以上2個約束條件計算后，可按照式（10）可計算出沿帶式輸送機上各個點上的張力。

式(10)中Si、Si-1表示輸送帶第i、i-1點張力，F(xiàn)i表示i至i-1點之間的所有阻力之后。

2 軟件實現(xiàn)

圖1 帶式輸送機計算系統(tǒng)輸入界面

圖2 帶式輸送機計算系統(tǒng)主界面

基于以上的優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，采用高級程序設(shè)計語言，并同時考慮軟件的通用性及易用性，開發(fā)出了相應(yīng)的帶式輸送機計算程序。圖1、圖2分別為本系統(tǒng)的兩個主要操作界面。工藝參數(shù)輸入界面如圖1所示，用戶可以依據(jù)實際帶式輸送機工藝需求進行編輯，對于常用參數(shù)，用戶直接用鼠標點擊下拉列表框進行選擇，極大的方便了用戶操作。在實際計算過程中，若用戶想通過本系統(tǒng)計算帶寬，在圖1中將帶寬參數(shù)置0。待所用工藝參數(shù)輸入完畢之后，通過本系統(tǒng)可以保存為Excel文件格式。計算結(jié)果界面如圖2所示。計算結(jié)果可直接保存為文本文件或者Word文件，從而方便帶式輸送機選型工作的需要。

3 結(jié)語

在總結(jié)了有關(guān)帶式輸送機的計算方法基礎(chǔ)上，提出了一種優(yōu)化的簡易計算模型，并以此進行優(yōu)化并開發(fā)了相應(yīng)的計算軟件，通過研究主要取得以下幾點成果。

（1）基于簡易計算方法，結(jié)合筆者公司多年關(guān)于帶式輸送機的設(shè)計應(yīng)用，提出了相對更合理、更準確的優(yōu)化模型；通過多年現(xiàn)場驗證該方法準確、可靠。（2）依據(jù)提出的優(yōu)化模型，采用高級程序設(shè)計語言實現(xiàn)了相對完善的帶式輸送機計算系統(tǒng)，并且通過在實際工程設(shè)計中的使用，證明了該系統(tǒng)操作簡單、功能完備，能夠準確計算出帶式輸送機選型所需數(shù)據(jù)，極大的提高了設(shè)計工作效率。

[1]一機部帶式輸送機聯(lián)合設(shè)計組.TD75 型通用固定式帶式輸送機設(shè)計選用手冊[M].1980.

[2]北京起重機運輸機械研究所. DTⅡ(A)型帶式輸送機設(shè)計手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2003.

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1671-0711（2016）12（上）-0087-03