摘要：近幾年，隨著礦山、煤礦的現(xiàn)代化開采以及水電站等的開發(fā)建設(shè)，下運(yùn)帶式輸送機(jī)已越來越多地應(yīng)用于下運(yùn)物料的輸送當(dāng)中。本文通過對(duì)下運(yùn)帶式輸送機(jī)的特點(diǎn)及系數(shù)取值的分析，全面探討下運(yùn)輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)圓周力、膠帶張力以及驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)與拉緊裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。對(duì)于下運(yùn)輸送機(jī)特別是布置線路復(fù)雜的下運(yùn)帶式輸送機(jī)，分段分區(qū)計(jì)算，以求出輸送機(jī)在發(fā)電與電動(dòng)工況時(shí)功率與張力的極大值，然后進(jìn)行準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理、運(yùn)行可靠。

關(guān)鍵詞：下運(yùn);帶式輸送機(jī);設(shè)計(jì)計(jì)算;結(jié)構(gòu)布置

近幾年，隨著礦山、煤礦的現(xiàn)代化開采以及水電站等的開發(fā)建設(shè)，下運(yùn)帶式輸送機(jī)已越來越多地應(yīng)用于下運(yùn)物料的輸送當(dāng)中，并有朝著長(zhǎng)距離、大運(yùn)量、大傾角等方向發(fā)展的趨勢(shì)，而現(xiàn)行的設(shè)計(jì)選用手冊(cè)及規(guī)范對(duì)此的論述較為簡(jiǎn)略。下面從設(shè)計(jì)計(jì)算與結(jié)構(gòu)布置等兩方面對(duì)下運(yùn)帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)加以分析、計(jì)論。

1.下運(yùn)帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算

1.1 驅(qū)動(dòng)圓周力的計(jì)算

下運(yùn)帶式輸送機(jī)存在兩種工作狀態(tài)，即正功電動(dòng)和負(fù)功發(fā)電。因此，下運(yùn)輸送機(jī)的計(jì)算應(yīng)分電動(dòng)和發(fā)電兩種工況進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于線路布置簡(jiǎn)單、單一角度下運(yùn)的輸送機(jī)只需計(jì)算滿載下運(yùn)發(fā)電和空載電動(dòng)運(yùn)行兩種情況;但對(duì)于角度有變化，或是布置呈V字形，亦或呈多V組合的波浪形等布置形式和工況較復(fù)雜的下運(yùn)輸送機(jī)，計(jì)算時(shí)應(yīng)以有利于計(jì)算出最大圓周驅(qū)動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)功率為原則，對(duì)可能出現(xiàn)的情況分段分區(qū)討論計(jì)算，即：計(jì)算發(fā)電工況時(shí)，若滿載時(shí)的阻力為負(fù)值即按滿載計(jì)算，若滿載時(shí)的阻力為正值就按空載計(jì)算。電動(dòng)工況則反之。

摸擬摩擦系數(shù)的選擇，由帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[1][2]圓周驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式FU=fLg[qR0+qRU+（2qB+qG）] +FN+FS1+FS2+FSt可知：摸擬摩擦系數(shù)f值需根據(jù)工況條件和安裝水平等確定，且其與輸送機(jī)長(zhǎng)度成倍數(shù)關(guān)系，對(duì)圓周驅(qū)動(dòng)力影響大。因此，為輸送機(jī)的安全可靠運(yùn)行，特別是為防止下運(yùn)皮帶機(jī)出現(xiàn)飛車的情況，摸擬摩擦系數(shù)f的取值也應(yīng)使輸送機(jī)的圓周驅(qū)動(dòng)力向大值取為原則，即：輸送機(jī)電動(dòng)做功時(shí)摸擬摩擦系數(shù)f取大值，發(fā)電工況時(shí)取小值（如取f= 0.012 ）。

1.2 驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算。

由傳動(dòng)功率計(jì)算式PA=FUv，得：驅(qū)動(dòng)功率PM=KdPAη2

式中：PM---驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率（Kw） ? ?PA---驅(qū)動(dòng)滾筒軸功率（Kw） ? ?FU---驅(qū)動(dòng)園周力（kN）

v--帶速（m/s） ? ? ? ? ? ?η2--傳動(dòng)效率 ? ? ? ? ? ? ?Kd--電機(jī)備用系數(shù)

對(duì)于下運(yùn)帶式輸送機(jī)為避免因給料不均、給料過量或供電電壓降低而導(dǎo)致電機(jī)驅(qū)動(dòng)力減少進(jìn)而造成輸送機(jī)失控而發(fā)生飛車的現(xiàn)象，孫可文[3]認(rèn)為電機(jī)備用系數(shù)應(yīng)取Kd=1.3～1.4，而煤礦標(biāo)準(zhǔn)[4]和DTⅡ（A）設(shè)計(jì)選用手冊(cè)[2]推薦電機(jī)備用系數(shù)取Kd=1.0～1.2。考慮當(dāng)今電機(jī)制造工藝水平和過載能力的提高并根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為電機(jī)備用系數(shù)取Kd=1.05～1.2，對(duì)于長(zhǎng)距離、大傾角下運(yùn)輸送機(jī)通常取Kd=1.2。

1.3 膠帶張力的核算。

對(duì)于普通型的帶式輸送機(jī)來說，按正常滿載運(yùn)行并運(yùn)用膠帶的逐點(diǎn)張力計(jì)算法即能求得各點(diǎn)的張力值;但對(duì)于下運(yùn)帶式輸送機(jī)，由于其圓周驅(qū)動(dòng)力為負(fù)值，方向向下，而下運(yùn)制動(dòng)時(shí)的慣性力方向也同為向下，由制動(dòng)力計(jì)算式FB=Fa-FU*=Fa-FU（下運(yùn)輸送機(jī)摩擦力FU*和驅(qū)動(dòng)力FU等值）可知，制動(dòng)力FB為慣性力Fa和驅(qū)動(dòng)圓周力FU的數(shù)值總和。因此，下運(yùn)帶式輸送機(jī)膠帶的張力計(jì)算除按正常滿載下運(yùn)計(jì)算外，還必須校核制動(dòng)狀態(tài)下膠帶不打滑時(shí)的張力與最大張力等，校核制動(dòng)狀態(tài)下的膠帶張力時(shí)，我們應(yīng)將最大制動(dòng)力作為最大圓周驅(qū)動(dòng)力代入膠帶不打滑條件式（此時(shí)的制動(dòng)力不必再乘以啟制動(dòng)系數(shù)KA值）求出制動(dòng)時(shí)的最小張力，然后再采用逐點(diǎn)張力法求出膠帶機(jī)在制動(dòng)狀態(tài)下的膠帶張力值。比較制動(dòng)和滿載時(shí)膠帶張力，取其大者，這樣，就保證了下運(yùn)輸送機(jī)在所有工況下均不會(huì)因膠帶張力不夠而出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象。

2.驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)布置

2.1驅(qū)動(dòng)裝置的布置。驅(qū)動(dòng)裝置的布置方式應(yīng)依據(jù)下運(yùn)帶式輸送機(jī)的線路走向及膠帶張力荷載等因素確定，其根本目的是：降低膠帶的張力，減少輸送系統(tǒng)所受荷載;確保輸送機(jī)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，啟制動(dòng)響應(yīng)快，操控方便等。由此，我們將下運(yùn)帶式輸送機(jī)的線路布置分二種情況討論：

2.1.1下運(yùn)帶式輸送機(jī)的線路布置全部為下行運(yùn)行情況。

首先，分析輸送機(jī)的膠帶張力特性，下運(yùn)帶式輸送機(jī)滿載運(yùn)行時(shí)的承載分支阻力為負(fù)值，方向向下，下運(yùn)輸送機(jī)上部滾筒奔離點(diǎn)的張力=下部滾筒奔入點(diǎn)的張力+承載分支阻力的絕對(duì)值，倘若驅(qū)動(dòng)裝置布置于下部滾筒（機(jī)頭），為保證膠帶的下垂度和不打滑限制則勢(shì)必造成上部滾筒奔離點(diǎn)的張力非常大。其次，由于下運(yùn)輸送機(jī)慣性力方向向下，制動(dòng)時(shí)其膠帶張力為運(yùn)行張力與制動(dòng)力的同向疊加，因此其上部滾筒奔離點(diǎn)的張力則更大，膠帶及其它部件選型也隨之加大，同時(shí)膠帶張力過大也不利于下運(yùn)輸送機(jī)的運(yùn)行。因此，對(duì)于該種布置線路的下運(yùn)輸送機(jī)，其驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)設(shè)置在下運(yùn)輸送機(jī)的上部位置即機(jī)尾部為宜，若實(shí)在無空間可能也應(yīng)設(shè)在靠近機(jī)尾部的回程段，如圖1。

2.1.2下運(yùn)帶式輸送機(jī)的線路布置呈V字形或多V組合的波浪形。

對(duì)于該種情形，應(yīng)先分別計(jì)算上行阻力和下行阻力，若上行阻力較下行阻力大或比較接近，則驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)為兩端平衡布置，如圖2。

尾部驅(qū)動(dòng)裝置起克服下行阻力，拽拉下行膠帶，頭部驅(qū)動(dòng)起克服上行阻力，牽引上行膠帶的作用。若上行阻力要遠(yuǎn)大于或遠(yuǎn)小于下行阻力，則此時(shí)的驅(qū)動(dòng)裝置就應(yīng)布置在輸送機(jī)的頭部或者尾部，因?yàn)?，此時(shí)應(yīng)考慮主要阻力，而只須兼顧校核影響較小的情況。

2.2 驅(qū)置裝置的設(shè)計(jì)分析及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

對(duì)于下運(yùn)帶式輸送機(jī)，驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于其下運(yùn)時(shí)的啟動(dòng)與制動(dòng)的設(shè)計(jì)，下面分別說啟動(dòng)與制動(dòng)兩個(gè)方面深入分析與探討。

2.2.1啟動(dòng)裝置設(shè)計(jì)及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

因下運(yùn)輸送機(jī)滿載運(yùn)行時(shí)的驅(qū)動(dòng)力為負(fù)值，若滿載啟動(dòng)則輸送機(jī)具有在負(fù)載作用下自啟動(dòng)運(yùn)行的特點(diǎn)，故下運(yùn)輸送機(jī)的啟動(dòng)方式應(yīng)分以下情況計(jì)論。

2.2.1.1滿載或有載下運(yùn)時(shí)輸送機(jī)負(fù)功率很大（如電機(jī)功率≥200kW），空載和電動(dòng)運(yùn)行時(shí)正功率也較大（如電機(jī)功率>100kW），這時(shí)輸送機(jī)的啟動(dòng)裝置應(yīng)采用諸如變頻軟啟裝置、電氣軟啟動(dòng)器及液粘軟啟動(dòng)裝置等投入和切除均快速的軟啟裝置，以便輸送機(jī)在電動(dòng)工況下延時(shí)啟動(dòng)，減少啟動(dòng)時(shí)對(duì)輸送機(jī)系統(tǒng)的沖擊并能平衡多電機(jī)驅(qū)時(shí)的功率平衡，輸送機(jī)在超速和正常運(yùn)行時(shí)能快速切除。但不能采用液力偶合器作為軟啟動(dòng)裝置，因?yàn)橐毫ε己鲜且环N液力傳動(dòng)聯(lián)接，通過高速泵輪上的油液推動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)輸出轉(zhuǎn)矩。當(dāng)下運(yùn)輸送機(jī)超速時(shí)，由于液力偶合器為液力軟聯(lián)接，響應(yīng)慢，容易造成電機(jī)失效甚至于損壞液力偶合器的葉片而發(fā)生飛車現(xiàn)象，且當(dāng)輸送機(jī)在滿載自啟下運(yùn)達(dá)到設(shè)定速度時(shí)，電機(jī)投入也緩慢。

2.2.1.2滿載或有載下運(yùn)時(shí)輸送機(jī)負(fù)功率較大，而空載和電動(dòng)運(yùn)行時(shí)正功率很小（如電機(jī)功率<45kW）。這種情況的下運(yùn)輸送機(jī)可無需采用軟啟動(dòng)而采用直接起動(dòng)以節(jié)省費(fèi)用。因?yàn)槿糨斔蜋C(jī)正?？蛰d（電動(dòng)）啟動(dòng)時(shí)功率小，慣量小，沖擊也小，電機(jī)可以直接起動(dòng)。若輸送機(jī)滿載啟動(dòng)，輸送機(jī)在制動(dòng)控制下可以自行啟動(dòng)，當(dāng)達(dá)到一定的速度時(shí)電機(jī)可以直接投入，響應(yīng)也快，停車亦然。

2.2.1.3滿載或有載下運(yùn)時(shí)輸送機(jī)負(fù)功率和空載、電動(dòng)運(yùn)行時(shí)正功率都很小。顯然也采用直接起動(dòng)。

2.2.2制動(dòng)裝置設(shè)計(jì)及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

在帶式輸送機(jī)中常用的制動(dòng)器有液壓推桿閘瓦制動(dòng)器、液壓下運(yùn)制動(dòng)器和盤式制動(dòng)器。對(duì)于液壓推桿閘瓦制動(dòng)器，由于其制動(dòng)力小、反饋聯(lián)控不便且制動(dòng)設(shè)置在減速機(jī)高速軸上，因此，不適用于下運(yùn)帶式輸送機(jī)上，而僅用于短距離、力矩十常小的下運(yùn)輸送機(jī)上。對(duì)于液壓下運(yùn)制動(dòng)器，由于它是與減速機(jī)高速軸（或電機(jī)軸）串聯(lián)，系通過變量泵將機(jī)械能通過比例閥節(jié)流以達(dá)到制動(dòng)目的，因液壓閥均不可避免地存在泄漏，因此，選用液壓下運(yùn)制動(dòng)器時(shí)應(yīng)配置機(jī)械制動(dòng)器以將輸送機(jī)速度制動(dòng)為零，該制動(dòng)器具有超速反饋系統(tǒng)，但該下運(yùn)制動(dòng)器制動(dòng)力矩較小不適用在長(zhǎng)距離大力矩的輸送機(jī)上，且其設(shè)置在減速器高速軸上，制動(dòng)時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置的沖擊較大。對(duì)于長(zhǎng)距離大制動(dòng)力矩的下運(yùn)輸送機(jī)應(yīng)選用直接安裝在低帶軸上的盤式制動(dòng)器，盤式制動(dòng)器工作時(shí)采用閘頭鉗夾住制動(dòng)盤以達(dá)到制動(dòng)的目的，閘頭的切除及夾壓力大小需通過電控回路來控制，因此，對(duì)于下運(yùn)盤式制動(dòng)器必需設(shè)置速度檢測(cè)裝置，實(shí)時(shí)檢測(cè)速度，即時(shí)反饋信號(hào)給盤式制動(dòng)器并在盤式制動(dòng)器與測(cè)速裝置之間建立反饋封閉控制回路，超速即制動(dòng)減速，速度正常又松閘運(yùn)行。

3.拉緊裝置的設(shè)計(jì)及其布置特點(diǎn)。

拉緊裝置的布置位置應(yīng)區(qū)分對(duì)待：對(duì)于采用垂直重錘拉緊等拉緊力不可調(diào)的拉緊方式，拉緊裝置通常設(shè)置在張力較小的下部適當(dāng)位置，即機(jī)頭處，以減少拉緊裝置的重量;但對(duì)于輸送機(jī)長(zhǎng)度較長(zhǎng)或采用液壓自動(dòng)拉緊、絞車?yán)o等拉緊力隨膠帶張力大小而作調(diào)整的拉緊方式，拉緊裝置應(yīng)設(shè)置在靠近機(jī)尾驅(qū)動(dòng)滾筒的回程段附近以達(dá)到響應(yīng)快速的目的。

4.結(jié)語

通過上文所述，對(duì)于下運(yùn)輸送機(jī)特別是布置線路復(fù)雜的下運(yùn)帶式輸送機(jī)，我們應(yīng)分段分區(qū)計(jì)算，以求出輸送機(jī)在發(fā)電與電動(dòng)工況時(shí)功率與張力的極大值，然后進(jìn)行準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理、運(yùn)行可靠。

參考文獻(xiàn)：

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[2]機(jī)械工業(yè)部北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所等.DTⅡ（A）型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2003.

[3]孫可文.帶式輸送機(jī)的傳動(dòng)理論與設(shè)計(jì)計(jì)算[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1991.

[4]MT/T467-1996.煤礦用帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算[M].北京：煤炭工業(yè)部，1997.

作者簡(jiǎn)介：劉威，1980-10，男，漢，湖南衡陽，中專，工程師，帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)研究。