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1、1附件附件 A A A A高速带式输送机的设计G. Lodewijks，荷兰摘要本文主要探讨高速带式输送机设计方面的问题。带式输送机的输送量取决于输送带的速度、传送带宽度和托辊槽形角。 然而输送带速度的选择又受到各种实际条件的限制，在本文有这方面的讨论。 输送带速度也影响传送带的性能，例如它的能源消耗和它连续运行的稳定性。 一种计算输送带的能源消耗的方法就是通过考虑运输过程中的各种能量损耗来进行估算的。 输送带速度的不同使得安全系数的要求也各不相同，这也影响输送带所要求的强度。一种新的计算输送带速度对安全系数的影响的方法在本文中被介绍。 最后，输送带速度的冲击对各组成部分的选择和对中转站设计的
2、影响也在本文中被讨论。1概述过去的研究已经证实使用窄带输送机的经济可行性，输送带的速度变快要求输送带的宽度随之变宽，低速输送机适于长距离输送。 例如图1 - 5。 现在，传送带以 8 m/s的速度运行是没有问题的。 无论怎样，输送带速度在 10m/s 到 20 m/s 在技术上是(动态地)可行的，并且也许在经济上也是可行的。本文将输送带速度在 10 和 20 m/s 之间的定义为高速。输送带速度在 10m/s 之下的定义为低速。使用高速输送带的目的并不在于它本身。 如果使用高速输送带不是经济上有利，或则，如果安全和可靠的操作没有保证的，那么就应该选择低速输送带。输送带速度的选择是总的设计过程的
3、一部分。 静态或稳定的设计方法决定了带式输送机的优化设计。 在这些设计方法中输送带被认为是刚性的，静止的。 这增加了输送机稳定运行的质量和也决定了带式输送机各零部件的尺寸。 稳定操作包括传送带稳定运行时的张力、相对各种物料载荷的能量消耗和相关的工作环境情况。 应该体会到找到最优的设计不是一次性的努力，而是一个反复的过程6。优化设计，开始于优化的决心，终于符合要求的确定的控制算法和组成输送机的各零部件确定的位置和尺寸的大小，例如驱动，闸和飞轮，可由动态设计方法确定。 在这些设计方法中，也涉及动态分析，输送带可看作是一个三维的弹性体。三维波动理论被2用来研究大的局部受力传输的时间和沿输送带的干扰传
4、输的位移7。 在这种理论中，输送带被划分成一系列的有限元。 有限元一体化为有弹性的弹簧和块。 有限元素的结构性特征能代表输送带的流变特征。 动态分析产生在动态操作时输送带产生的张力和能量消耗，例如在带式输送机启动和制动时。本文主要讨论高速输送机的设计，特别是使用高速输送带对输送带在能源消耗和安全系数要求方面的影响。 使用高速输送带也要求输送机的各零部件有高可靠性，例如托辊组应达到所要求的使用寿命。 高速带式输送机设计的另一个重要方面是高效率的装料和卸载的合理安排。 这些方面在本文中将被简单地讨论。2带速2.1传送带速度选择整体皮带输送机的最低成本在传送带宽度 0.6 到 1.0 m 的系列范围
5、内2。 所要求的输送量可以在这个传送带宽度范围中选择和也可以选择符合输送量要求的任何必要的输送带速度。 图 1 例子显示了传送带速度和传送带宽度的组合所达到的具体输送机的输送量。 在本例中假设，物料的容积密度是 850 kg/m3(煤炭)，并且槽形托辊的槽角和附加角分别为 35 和 20 。图 1 ：各种输送带的宽度相对不同的输送量的熟送带的速度然而传送带速度选择又被实际工作环境限制。 第一个方面是传送带的可成槽性，在图 1 没有给出与输送带强度(规定值)的联系，这部分取决于输送机的长度和海拔。 为使送带的可成槽性被保证必须选择传送带宽度和强度。 如果输送带没有充足的可成槽性就不会有适当地运行
6、轨迹。 这导致传送带连续运行的不稳定，特别是高速传送带，这是不允许的。 通常，传送带制造者期待输送机空载时，40%传送带宽度上进行着直线运行，并且与承载托辊的正常接触。第二方面是空气在传送带上相对疏松固体物料的速度（空气相对速度)。 如果相对空速超出某些极限后灰尘将产生重要影响。 这特别是对矿井产生了潜在问题影响，因为矿井为了通气存在向下气流。空速的相对极限取决于四周情况和粒状材料特征。3第三个方面是带式输送机系统引起的噪声。 随着传送带速度的增加，噪声级别也通常增加。 在住宅区噪声级限于 65dB。 虽然噪声级受输送机的支持结构和输送机的覆盖层的设计的影响很大，这也是选择输送带速度的一个限制
7、因素。2.2输送带速度变化带式输送机系统的能量消耗随传送带速度的变化而变化，这将在第 3 部分中论述。为了节省能量，传送带速度应调整与供料点的粒状物料特性匹配。 如果传送带正在满载运行，那么它应该运行在高(设计)速度。 传送带速度可以在物质(容量)输入点进行调整。 这将维持传送带在带槽内的连续装填和在传送带的连续的粒状材料的装载。 传送带带槽在恒定的装填时产生一个最优的装货比率，并且每个输送物料单元被期望消耗能源量最低。 比较各种传送带速度不同的输送机能源消耗相差将近 10%8。与提供的各种粒状物料流的相对应的不同的传送带速度有以下好处： 在装载区的传送带有较少的磨损 更低噪声辐射 通过减少输
8、送带的张力，可以避免传送带在凹面曲线的传送带的提升，也可以改善输送带的定位不足包括： 驱动和制动系统的可控性的投资成本 伴随传送带速度变化的放电抛物线的变化 在一个输送机系统中控制系统要求控制输送机各个输送部分 恒定的高速传送带的预紧力 在托辊的上恒定的大粒状物料装载一个预先节能的分析将决定设计安装更加昂贵，更加复杂的输送机系统是否值得。3能源消耗客户可能要求输送机系统的能源消耗的规格，例如定量限制最大值 kW-hr 或ton/km，在计划的线路上满足运输疏松固体物料的设计要求。 对于长距离运输系统，能源消耗主要取决于托辊工作时所克服的压力的抵抗力9。 这传送带抵抗力，依据经验是由于托辊上的胶
9、带覆盖层的黏弹性(被延迟的时间)在受压时产生的。 对于厂内的带式输送机，在受载区域运行时所受侧抵抗也影响的能源消耗。 侧抵抗包括发生在输入点物料加速度的抵抗和在滑道的侧面上的摩擦和抵抗。4皮带输送机的必需的推进力取决于总摩擦阻力和总物质提升力的总和。 摩擦阻力包括滞后损失，它可以认为作为黏摩擦(与速度有关)的组成部分。，但它不能在最大推动力时确定输送机系统的能源消耗是否是合理。 比较不同的运输系统的能源消耗的最佳的方法将比较他们的运输效率。3.1运输效率有很多方法比较运输效率。 第一种，也是广泛被运用的方法是比较等效摩擦因子，例如 DIN f 因素。 使用等效摩擦因子的好处是它可以看作是一条空
10、载的传送带。 使用一个等效摩擦因子缺点是它不是单纯的效率数字。 它也考虑到传送带的质量，托辊的折算质量和被运输的材料的质量。 一个单纯的效率数字，仅考虑到被运输物料的质量。第二个方法将比较运输费用，如 kw-hr 或 ton/km 或者$/ton/km。 使用运输费用的好处是这个数字因管理目的而广泛应用。 使用运输费用的缺点是它不直接地反映输送机系统的效率三、多数“单纯的”方法是比较运输中的损失因数10。 运输损失因数是基于克服摩擦损失的推进力的要求和运输工作之间的比率而定的 (忽略驱动效率和功率损失或者粒状物料的上升/降低的要求)。 运输工作被定义为粒状材料被运输的数量和平均运输速度。 使用
11、运输损耗因数的好处是他们可以与其他交通工具运输比较损失因素，象卡车和火车。 缺点是运输损耗因数取决于材料的被运输的数量，暗示它不能认为是为一台空载的皮带输送机。下面列举了一些运输系统的运输损耗因数来说明这个概念：连续运输： 泥浆运输大约为 0.01 皮带输送机大约在 0.01 和 0.1 之间 振动的喂料机在 0.1 和 1 之间 气力输送机大约为 10不连续运输： 船安全系数 在 0.001 和 0.01 之间 火车约为 0.01 卡车 约在 0.05 和 0.1 之间3.2滚筒抵抗力5对于长的陆上运输系统，被完成的工作主要取决于克服滚筒抵抗力的能源消耗。滚筒被做成象钢或铝的相对地坚硬材料，
12、而输送带的覆盖层由橡胶或 PVC 的更软的材料制成。 因此输送带的底部覆盖层传送带在滚筒上移动产生凹痕，这归因于传送带的重量和粒状物料的重量。 传送带的底部覆盖层的压缩部分的恢复，由于它的黏弹性将花费一些时间。输送带的底部覆盖层在这个时延中将在传送带和滚筒之间产生了不对称应力，看图 2。 这个抵抗抵抗力的合力的量称为滚筒的抵抗力。 这力的大小取决于覆盖层材料的黏弹性，滚筒的半径，传送带的重力和疏松固体物料的重量和传送带在垂直平面的产生曲线的曲率半径。图 2 ： 传送带和滚筒之间引起的不对称应力7知道滚筒的抵抗力与传送带速度的关系对适当的选择传送带速度很重要11。图 3 ：典型胶面滚筒的损失因素
13、7首先，滚筒的抵抗力取决于作用在传送带的上的垂直载荷，是传送带和粒状材料重量的总和。 如果在传送带的垂直面内装载因数减少 2 那么滚筒抵抗力随之减少 2.52。可以认为输送机的输送能力是随着传送带速度的增加而使大块物料装载随之减少。 所以，随着传送带速度的增加，滚筒的抵抗力会成比例减少。其次，滚筒的抵抗力取决于槽型托辊的大小。 如果滚筒直径因数增加 2 那么滚筒的抵抗力因数就会随之减少 1.58。 一般来说槽形托辊直径随着传送带速度的增加而增加，但也受到轴承必要的使用寿命的限制。 随着传送带速度的增加，滚筒的抵抗力会减少。第三，滚筒的抵抗力取决于传送带的覆盖层材料的黏弹性。 这些特性取决于变形
14、率，看图 3。 在它的转弯处的变形率取决于传送带覆盖层的变形区域的大小(根据传送带和最大块度)和传送带速度。 一般来说滚筒的抵抗力随着变形率的增加而增加(围绕速度)，但仅是一个相对地小的量。6第四，滚筒的抵抗力取决于传送带的覆盖层的厚度。 如果后覆盖层厚度增加因数 2那么滚筒抵抗力随之增加因数 1.26。 随着传送带速度的增加，传送带覆盖层的磨损量也增量，则滚筒抵抗力也增加。应该体会滚筒抵抗力，虽然重要，不是唯一的速度依靠的阻力。例如槽形托辊的抵抗力取决于垂直的装载和他们旋转的速度。 垂直的装载的作用，直接地取决于传送带速度，是主要方面。 旋转的速度的作用影响较小。 另一抵抗力的产生是由于疏松
15、固体物料在输入点的加速度。 假设粒状材料直接落在传送带上，这抵抗随着传送带速度二次方地增加。特别是厂内的皮带输送机， 这力的影响很小。例子要说明上述被谈论的概念让我们考虑一条输送量为 5000 TPH 的 6 km 长的传送带。槽形托辊角度，附加角度和物料密度各自取 35 ， 20和 850 kg/m3。 图 4 显示达到必需的 5000 TPH 输送量传送带宽度和传送带速度的关系。 这个图与图 1 有些相似。图 4图 5 和 6 显示在固定输送带速度要求时传送带的强度和的驱动力的关系。 所需传送带驱动力减少，在图中可以看出随着传送带速度的增加，驱动力的增加，输送带强度下降。 图 7 显示不同
16、传送带速度的损失因数和 DIN f 因数。 运输损失因素总是高于 DIN f因素，因为 DIN f 因素考虑传送带的体积(在分母)，而运输损失因素只考虑了疏松固体物料的体积。 直观地，可以认为在高速传送带速度范围将有经济上最优的传送带速度。然而最优的传送带速度选择，要求有更多信息并且它超出了本文的讨论范围之外。图 5图 67图 73.3橡胶化合物滚筒的抵抗力取决于传送带的覆盖层的黏弹特性，如前部分所述。 这暗示滚筒抵抗力可以通过选择今天在市场上可利用的一种特别的滚筒覆盖 (橡胶)化合物来减少。使用这种特别化合物将增加一个小的成本，但是这个成本可以通过使用一种正常耐磨的化合物作为覆盖层的上层覆盖的来限制。 这个情况要求充分地利用底部化合物的节能作用。滚筒的抵抗力的定量表征是这个滚筒抵抗显示为 tan/E 1/3，其中棕褐色是损耗角和E 化合物的存贮模数。 合理的滚筒抵抗力表现的化合物显示在 0.1 以下。 图 8 显示典型的介质对优良橡胶的显示。在这个图中也能被看出：一种具体橡胶化合物的选择在一定的工
