大角度水平转弯带式输送机的设计理论.docx

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大角度水平转弯带式输送机的设计理论

大角度水平转弯带式输送机的设计理论

大角度水平转弯带式输送机的设计理论

上海交通大学机械学院包继华张建武山东科技大学机电学院于岩

摘要:

对带式输送机大角度水平转弯的几种方式进行了比较,着重分析了如何利用线摩擦驱动实现大角度

水平自然转弯,提出了详细的计算方法和具体设计中应注意的几个问题.并有计算实例.

叙词:

带式输送机水平转弯设计

AbstracI:

qlfispaperc0II1p哟designwaysforh舯eh~moaleB0fbelt曲I伸eor.Mainde~cfil0donistheline.~

frictiondriveway,c0veIlgtheccI】l豳fomml~and~everalp晡ntsneediogm眦ltin印e商cdesign舢讪聃acalculafio~

example

Keywords:

Beltcotl;,~00-}I（DE蛔

1问题的提出

我国煤矿地质条件复杂,井下煤炭输送线路变

化多样,为了适应地质条件或受矿山开拓方式的限

制,带式输送机经常需要作变向运行,如上坡,下

坡,转弯等.本文主要对煤矿井下水平转弯带式输

送机的设计进行探讨.

当井下运输巷道水平弯度不大（<12~）时,

实现水平转弯的方法已经解决,具体计算方法见文

献1].但有些矿井由于开拓方式的需要或为了降

低开拓成本而沿煤层线路开拓时,会出现大角度水

平转弯的巷道,且其曲率半径较小,给带式输送机

的设计和布置带来困难.针对这个问题,本文提出

～

种大角度水平转弯带式输送机的设计方法.

2实现方法与比较

根据煤炭生产的需要.有关人员曾提出多种解

决大角度水平转弯问题的设计方案,其主要方法如

下.

2.1串联搭接

在转弯处采用2条输送机串联搭接,布置见图

1.这种方法结构比较简单,便于设计,理论上可

以实现任意角度转弯,但实际上存在如下问题:

（1）设备投资大,需2套驱动设备和驱动架;

（2）

在搭接处要求有较大的洞室,并需有专人管理;

（3）使输送物料产生2次破碎.

2.2强制改向滚筒

在带式输送机的转弯处增设1个改向滚筒（见

一

10一

图2）,形式和卸载式类似,不需要增加驱动设备.

它理论上能实现90~水平转弯,但使用中存在以下

问题:

（1）改向滚筒的安装调试要求严格,一旦跑

偏会加剧带边的磨损;

（2）胶带的弯曲次数过多,

降低了胶带的使用寿命;（3）要求有较高的安装高

度.也会使物料产生2次破碎.

二

Q二

图1串联搭接布置

j

圉2强制改向滚筒

2.3自然水平转弯

在机架结构上采取一些措施来实现输送机的自

然转弯,如使转弯处托辊具有安装角,转弯处机架

内侧抬高等.该方法维护简单,不需要大的安装空

间,也不存在物辩的2次破碎问题,如能实现不失

为一种好的转弯方式.但由于大角度自然转弯存在

曲率半径过大,相应的机架内移距大等问题,给巷

道的开拓提出较高的要求.如何解决这些问题是本

文的研究重点.

《起■运输机艟）2001（12】

3线摩擦驱动实现大角度水平转弯

解决转弯曲率半径和内移距问题,需分析影响

这2个问题的因素.

3.1转弯曲率半径

由文献[1:

知,转弯曲率半径受3个条件的

约束,即转弯处胶带的受力平衡,胶带的最大许用

应力,外侧胶带不脱离托辊.

（1）根据力的平衡确定曲率半径

取微元段胶带为分离体分析其受力情况（见图

3）.作用于该段胶带上的力有:

胶带初张力S;分

离体胶带的张力增量dS;分离体的运行阻力dIV;

该段胶带的离心力dQ;该段胶带与物料的重力

G,G2,G3,分别作用在各托辊上;各托辊作用

于胶带及物料的反力dPl,dP2,dP3;各托辊作用

于胶带的离心摩擦力dT】,d,d.

承载分支胶带微元体的运行阻力为

d=（g0+q）砖mda

（1）

式中qt——托辊每米长旋转部分质量,ks/m

——

转弯曲率半径,m

0——每米长物料和胶带的质量,kg/m

——

重力加速度.m/s2

——

承载段阻力系数

d凸——瞬时转角的微元增量

dT"dO

一曲

图3胶带在转弯处的受力

忽略离心力dQ,将力投影至切线方向有

dS=dW

（2）

由式

（1）和式

（2）得

《起重运输机械》2OOl（12】

R-

诸力在法线方向的投影和为零

（S+ds）sin（da/2）+Ssin（da/2）

=

dTac0s（+）+dPlsin（+）+

dc0s

（一）一dP2sIn

（一）+

dCOSy+dP3sin）'

式中——槽角

——

安装角

（3）

（4）

由于d0较小,故sin（da/2）一dS（da/2）,

dS（da/2）为高阶无穷小,则式（4）可简化为

S=,Uoqo（5）

式中一系数,随r,≠0,变化

1[r/~cos（0+）o嘴+sin（0+）]

—厂一_

+rpsincosq㈤

cos（≠0—）+（≠0—）

.

（.嘴c0.翌+sin）~）

.

cos）'一rpsin）'cosq~

式中r一摩擦力利用系数

——

托辊安装支撑角

将式（3）代人式（5）得

一

dS

=Sqqda（7）（

0+t）一¨

积分后代人式（5）（考虑边界条件=0,S=

S）得

!

R=—=Le0r8）

oqog

回承分支q0=qd,代人上式得

t

R=—=L_eeo0（9）

0gdg

式中s——弯曲段起始点的张力,N

——

输送机转弯角（弧度）

gr一每米长胶带的质量,kg/m

（2）根据胶带的许用应力确定曲率半径

在曲线段处,胶带外侧会产生1个附加应力,

该处的应力应小于许用应力S

-

s~si（10）

式中E0:

南

[e]——胶带的拉断应变

s一——满载时承载分支胶带曲线段终点的

一

l1一

张力.N

（3）根据曲线处外侧胶带不离托辊确定曲率半

径

如果曲率半径过小,曲线段外侧胶带会在张力

的作用下飘起而离开托辊,降低了托辊对胶带的约

束力,导致胶带跑偏.故曲率半径应满足

=

√（）+…

式中——外侧托辊与水平线的夹角

——

输送带带宽,mm

s——曲线段最大张力,N

——

外侧托辊上物料与胶带的重力分配

系数,一般无载时取0.3,有载时小

于0.3

3.2降低胶带的曲率半径

由式（8）,（9）,（10）,（11）可知,影响带式

输送机在曲线段曲率半径的主要因素是曲线段起始

点张力S转弯角0,系数0.

大角度转弯带式输送机自然转弯半径比较大,

输送机在布置时的内移距比较大,这必然对巷道的

开拓提出较高的要求,如在已经开拓好的巷道中布

置输送机就十分困难,所以降低输送机的转弯半径

就成了关键问题.

本文提出在输送机转弯段前布置1个线摩擦驱

动辅机,见图4.通过辅机的作用降低胶带在曲线

段的张力,从而达到降低曲率半径的要求.

图4采用线摩擦驱动方式

（1）辅机长度的确定

a.按额定负荷时计算

S,=S4+%f0一（n+咖）I（12）

式中s——有辅机段起始点张力,N

s——有辅机段终点张力,N

z——辅机所在区段长度,m

——

额定负荷时辅机驱动段总长度,m

n一额定负载时,承载胶带在承载分支的

线阻力,N/m

一

12一

n=[（qqaqt）cc.c0s卢+（qqd）s-m口]g

（13）

式中口.——承载托辊每米长旋转部分质量,kg/m

口——每米长输送物料质量,km

卜输送倾角

.一额定负荷时,辅机通过承载胶带的线

输出牵引力,N/m

.0=（q+qd）（c0s卢一sp）g（14）

式中——承载胶带与驱动胶带间的摩擦系数,

一

般取0.4

b.按最困难工况（辅机段无载,其他段有载）

计算

s7=s4+口一（口+o）L2（15）

式中2——最困难工况时的辅机驱动段长度,m

n0——无载时辅机通过承载胶带的线输

出力（将q=0代人式14求得）,N/

m

则所采用的辅机长度为

L=（Ll,L2）（16）

（2）辅机位置

辅机位置应满足以下2个条件:

a.承载胶带在辅机起点的张力s应不大于胶

带的许用张力s

S5=S4+口ffS

即:

fn（17）

b.承载胶带在辅机终点的张力s不小于承载

分支胶带的最小张力sⅡIiII

S6:

S4+口ff+n（L2一I）一aoL1≥S叩iⅡ

即

ff）}丛

则辅机位置应为

fnffZ（19）

3.3曲线段几何尺寸的确定

（1）在式（9）,（10）,（11）中令=s7:

s6

+azfl,可以求出曲率半径RI,R2,.

取R:

（R1,R2,R3）（20）

（2）内移距d

d:

一1】（21）

（3）切线长度

《起t运输机械2001（12）

LT=蟾导（22）

3.4实际计算中应注意的问题

（1）不能仅仅靠辅机来降低曲率半径,否则有

可能出现曲率半径小了,但辅机的功率和主机不配

套.互换性差;

（2）影响曲率半径的另一个重要因素是系数

"to,它与托辊槽角,安装角y有关,因此可以

通过调整,y来满足条件.例如在曲线段可以

采用与主机不同的深槽托辊就是1个有效措施.

（3）由于回程段无载,可能回程段胶带的曲率

半径比承载分支大,这种情况可以采用加大回程托

辊安装角y或在回程曲线段加压辊的办法来解决.

4计算实例

我们为新汶矿业集团某矿设计了1条水平转弯

22.5.的带式输送机,已成功投入运行

4.1输送机基本条件

主机功率2×55kW;辅机功率55kW;辅机长

L1=92m;辅机位置=390m;

输送带:

10（30S整芯阻燃带,带宽B=800

5结论

（1）大角度水平转弯带式输送机的转弯曲率半

径比较大,其影响因素包括曲线段起始点张力s,

系数0和转弯角;

（2）利用线摩擦驱动能够大大降低曲线段起始

点张力s,从而有效地降低转弯曲率半径R,实

现大角度水平自然转弯;

（3）设计过程中需要不断调整相关参数才能达

到满意结果;

（4）该方式可节省巷道开拓费用,维护简单,

不存在物料2次破碎现象.

输送能力:

Q=350t/h,带速:

=2m/s,总1

长:

L=1300m.

距机头750m处有一22.5.的水平转弯,距机2

头140111处有一倾角8.,长68m的上坡.

4.2设计结果

（1）几何参数

参考文献

孙可文.带式输送机的传动理论与设计计算.北京:

煤

炭工业出版社.1991

贺世芳.普通胶带输送机作转弯运行.煤炭科学技术.

1983,（3）

孙可文,史策昭.胶带输送机转弯运行的设计计算.煤

炭科学技术,1982,（8）

…,

线段辊角

.

装角y=:

作者

:

包继华率半径

Ⅱn=150-13m,

g0

内

=

移距=2?

94m,切线长:

;通大学^（华山路19号）

度L,r=29?

86111.邮编:

200D3o

（2）主参数收稿日期:

2001—03—13

美洲国家大力推动港口现代化建设

在美洲国家组织港13委员会第二次会议上,港13委员会主席,阿根廷铁路,水运和海运部副部长

胡安-巴萨多纳发表讲话,鼓励美洲各国吸引私营部门参与港13的管理和作业,改善港口的基础设施,

更新设备,提高服务效率,进一步提高港口现代化的程度,增强地区港13在世界上的竞争力.巴萨多

纳指出:

通过吸收私营部门参加港13管理和作业,可以大量吸收投资,为港口的现代化注入新的活

力.并提出应制订出2OO2—2003年美洲港口现代化的"行动计划".

拉美经委会负责交通现代化的官员简?

霍夫曼说:

"拉美和加勒比的港13设备已经相当落后,没有

竞争力,不能适应经济全球化的挑战.吸收私营部门参加港口的建设性管理是通过有限期的"租借"

方式,而不是通过私有化把港口全部出售.目前,阿根廷,智利,巴拿马,巴西,哥伦比亚和墨西哥

6国已经采取租借方式.取得良好效果.

海港运输是拉美进出口的主要途径据拉美经委会公布的最新统计显示,200O年拉美与美国通

过海港进行的贸易额达959.5亿美元,占2地贸易总额的41%.

《起重运输机械》2001c12—13—