魏永輝

（伊犁職業(yè)技術學院，新疆 伊寧 835100）

帶式輸送機是由摩擦提供驅動力，從而達到連續(xù)輸送目的的機械，目前，主要被用來對物料/物品進行輸送，在煤礦等領域均得到了廣泛運用。隨著使用次數(shù)的增加，越來越多人開始注意到輸送機較易出現(xiàn)能源浪費的問題，基于節(jié)能減排視角，對上述問題成因加以分析，其現(xiàn)實意義有目共睹。

1 帶式輸送機結構及原理

1.1 輸送機結構

輸送機作用主要是將輸送帶一端的物料向另一端進行輸送。目前，大部分露天煤礦所用輸送機，均包括托輥、輸送帶以及驅動裝置等部分，接下來，筆者將逐一對各部分作用進行介紹。

托輥被用來對輸送帶物料進行支撐，確保其能夠被輸送到相應區(qū)域；輸送帶是物料輸送所依托載體；驅動裝置的作用，主要是為輸送機提供動力；儲帶裝置的存在，能夠確保多余皮帶得到有效保管與利用；拉緊裝置存在的意義，則是避免滾筒、皮帶間摩擦力過小，導致打滑等問題出現(xiàn)[1]。

1.2 運行原理概述

組成帶式輸送機的構件，主要是滾筒還有閉合輸送帶。通過將皮帶緊套在滾筒上的方式，確保所構成環(huán)形完全封閉，且滾筒與皮帶間存在較大摩擦力。在驅動滾筒持續(xù)運行時，上述摩擦力的存在，可確保輸送帶始終處于運行狀態(tài)，物料自然能夠得到高效輸送。對輸送機來說，輸送帶扮演著牽引機構和承載機構的角色，其作用是對物料進行輸送，要想確保牽引力達到理想狀態(tài)，關鍵是借助張緊裝置，對滾筒、皮帶做張緊處理，通過增加摩擦力的方式，為牽引力提供保證。此外，對輸送機能力加以衡量的依據(jù)，通常是圍包角和摩擦系數(shù)，由此可見，確保輸送機發(fā)揮出應有作用的前提，便是以實際情況為依據(jù)，對阻力與摩擦力加以調整。

2 輸送機運行所受阻力分析

對處于運行狀態(tài)的輸送機而言，可能使其運行受阻的阻力，通常分為主要阻力/次要阻力/其他阻力，下文將逐一進行介紹，供相關人員參考。

2.1 主要阻力

輸送帶中間段發(fā)生的阻力為主要阻力，簡單來說，就是利用輸送機對煤炭進行輸送時，受物料、托輥與輸送帶存在相互作用影響所形成阻力。對強調長距離輸送的煤礦輸送機而言，主要阻力是無法被忽視的部分，其占比通常大于其他阻力因素之和。

結合輸送帶運行情況不難看出，主要阻力往往可被分為擠壓阻力、運行阻力、壓陷阻力和擺動阻力。擠壓阻力的成因是輸送帶為懸垂曲線，還有物料存在粘結力與摩擦力，由此可見，擠壓阻力既與物料特性相關，還與輸送帶張力及載荷相關，輸送帶垂度往往會隨著張力的增加而減小，此時，物料被拉伸或擠壓的情況有所緩和，阻力自然較小。運行阻力與密封阻力、摩擦阻力密切相關，其中，占據(jù)主導位置的是密封阻力，除特殊情況外，運行阻力均由托輥轉速及荷載所決定。壓陷阻力出現(xiàn)的原因，主要是輸送帶有硬度及彈性存在，若外界所施加重力的不斷增加，輸送帶便會與托輥重合，隨著重合部分向前行進，運行阻力出現(xiàn)。這里要明確一點，該阻力并不受輸送帶張力影響。通過上文的敘述可知，輸送帶為懸垂曲線，在輸送帶通過有托輥存在的區(qū)域時，將會被托輥反復彎曲，而反復彎曲所形成阻力，即為擺動阻力。

2.2 次要阻力

在驅動站/改向站部件上發(fā)生的阻力，通常為次要阻力。首先是基于裝料點對物料進行加速處理而帶來阻力，還有輸送帶和物料間存在的摩擦阻力。在到達輸送帶前，物料往往具有不同于輸送帶的運行方向及速度，這也是投影速度形成的原因[2]。除特殊情況外，物料速度均較輸送帶速度更小，此時，就需要輸送帶對物料做加速處理，確保二者同時運行。若二者運行速度存在較大差異，便會有相對摩擦出現(xiàn)，無論是摩擦，還是上文提到的加速力量，均屬于典型的運行阻力。其次是處于加速區(qū)域的物料和導料板間存在的摩擦阻力。導料板往往需要承受較大壓力，當物料處于運動狀態(tài)時，必然會有摩擦阻力出現(xiàn)，有關人員可利用現(xiàn)有公式，對摩擦阻力進行計算。再次是輸送帶清掃器運行帶來摩擦阻力。要想對輸送帶煤渣進行有效清理，關鍵是對清掃器施加壓力，摩擦阻力隨之形成。最后是改向阻力。帶式輸送機所用輸送帶，其塑性及彈性相對固定，如果輸送帶有改向需求，先要進行彎曲，再拉直，要想使輸送帶彎曲，通常要向其輸入較多能量，隨后，通過釋放儲存能量的方式，確保輸送帶能夠被拉直。這里要明確一點，輸送帶彈性有限，這也導致其所釋放能量往往無法與輸入能量持平，能量被消耗的情況無法避免。而所消耗能量的外在表現(xiàn)，便是改向阻力。

2.3 其他阻力

作為出現(xiàn)頻率較低的阻力，對帶式輸送機而言，其他阻力主要是指特殊阻力與附加阻力。

第一，并非全部帶式輸送都有特殊阻力存在，只有輸送機增加了某些裝置，才能夠出現(xiàn)特殊阻力。對處于正常運行狀態(tài)的輸送機而言，該阻力出現(xiàn)的概率極低，因此，下文在對運行阻力進行計算時，默認忽略特殊阻力所帶來影響。

第二，附加阻力往往是指落料阻力和轉動阻力，對強調高帶速與大運量的煤礦輸送機來說，該阻力同樣可以選擇忽略。

3 功率消耗核心因素與計算

基于露天煤礦開采開展設計工作，有關人員往往以礦井輸送力、生產(chǎn)力為主要依據(jù)，對帶式輸送機加以選擇。在強調高帶速、長距離與大運量運行的當下，運行速度固定的傳統(tǒng)輸送機，要想長期處于正常運行狀態(tài)，通常要消耗大量功率，這并不符合現(xiàn)代社會倡導的節(jié)能減排，要想使該問題得到有效解決，關鍵是明確輸送機消耗功率的因素，從而有針對性的提出優(yōu)化方案。

3.1 影響因素

即便是處于正常運行狀態(tài)的輸送機，帶上煤流量也并不穩(wěn)定，這便是輸送機負載頻繁出現(xiàn)變化的原因，由此可見，要想減少輸送機所消耗能源，確保其擁有更為理想的運行效率，前提是全面分析運行工況，

礦用帶式輸送機的特點，主要是高帶速、長距離與大運量，因此，給輸送機運行帶來阻力較小的特殊阻力、附加阻力，除特殊情況外，有關人員均可對其進行忽略?；诖?，從理論上說，對輸送機運行所需牽引力進行計算的公式為：在 式 中，Wk用來指代回程基本阻力。Wz用來指代承重基本阻力。Wq用來指代傾斜阻力。q用來指代物料密度，單位是kg/m。iq′用來指代回程旋轉線密度，單位是kg/m。q i′用來指代承重旋轉線密度，單位同上。qd用來指代輸送帶密度，單位同上。g用來指代重力加速度，單位是m/s2。β用來指代巷道斜角，單位是°，如果輸送機為向上輸送，那么，巷道斜角為正，若輸送機需要向下輸送，則巷道斜角的數(shù)值為負。fi用來指代承重阻力系數(shù)。li用來指代輸送帶具體長度，單位是m。ci用來指代相關系數(shù)。f0i用來指代無關系數(shù)。

另外，在確定消耗因素時，有關人員還要掌握以下公式：

在式中，Q用來指代煤流量，單位是t/h。將上述公式結合后可知，可能給功率帶來影響的因素，主要為qd/qi′/qi′/fi/li/β/Q/v。對帶式傳輸機而言，在上述因素中，qd/qi′/qi′′/li/β均有固定值對應，另外，fi為速度函數(shù)。因此，對輸送機所消耗功率起決定作用的因素，主要是Q和v，其中，v代表輸送機實際帶速。

3.2 影響因素匹配分析

除特殊情況外，對特定輸送機所消耗功率有直接影響的因素為v、Q。如果輸送機處于正常運行狀態(tài)，那么，Q相對穩(wěn)定，此時，功率和v成正比，也就是說，如果v提高，該輸送機的功率消耗量也會有所增加，反之，其功率消耗量會隨著帶速的降低而減少[3]。由于將輸送機帶速降低這一過程，通常會被帶強及帶寬所制約，因此，如果條件允許，有關人員應以輸送機運行可靠且安全為前提，酌情降低帶速，以此來達到節(jié)能的最終目的。

研究表明，要想使輸送機表現(xiàn)出理想的安全性，前提是確保輸送帶張力始終處于安全系數(shù)所界定范圍內，這也給有關人員提出了全新要求，即：以輸送帶具備長期、穩(wěn)定運行的條件為前提，通過調整運行速度的方式，避免大量功率被不必要消耗的情況出現(xiàn)。

如果輸送機運行正常，此時，皮帶承受物料密度的最大值為qm，而用來描述Q和v的關系的公式為：

只要qm處于設計范圍內，輸送機就能夠表現(xiàn)出理想的安全性。由此可見，基于帶強得到滿足，對輸送機速度加以調整，可確保v隨Q變化而出現(xiàn)變化。若Q是0，那么，v同樣為0。對處于正常運行狀態(tài)的輸送機而言，要想避免Q過小的情況出現(xiàn)，最應當注意的就是減少輸送機啟停次數(shù)，若輸送機Q過小，此時，有關人員可將其與最小值畫上等號，為后續(xù)工作的開展提供便利。在輸送機運行正常的前提下，給煤量往往處于αQM的范圍，且%，要想達到節(jié)能的最終目的，關鍵是最大程度避免qm出現(xiàn)變化，那么：

圖1是此時Q和v所對應變化關系[4]。

圖1 Q和v的關系

如果Q出現(xiàn)明顯降低，有關人員可選擇對變頻器頻率進行減小的方式，確保Q和v所對應匹配關系能夠達到理想狀態(tài)。同樣，如果Q在短時間內大幅增加，只有對v進行增加，確保二者匹配科學且合理，才能取得理想的節(jié)能效果。

綜上所述，在對輸送機進行設計時，有關人員應以實際情況為依據(jù)，對富裕量進行預留，當輸送機投入使用后，多數(shù)時間均不會出現(xiàn)達到設計最大值的情況，此時，僅需酌情增加填充率并減小帶速，便可使其功率損耗得到有效降低。

4 結論

上文對輸送機結構進行了詳細介紹，通過對運行阻力、功率消耗加以分析的方式，明確在諸多因素中，給其功耗所帶來影響最為直觀的因素是煤流量和帶速，在此基礎上，又圍繞二者的匹配關系展開了討論。希望能為日后節(jié)能工作的落實提供幫助，在保證輸送機保有理想狀態(tài)的前提下，最大程度減少其所消耗能源，使節(jié)能減排目標具備達成的先決條件。