浅谈料场悬臂胶带机张力计算

吕卓+++吕家欢+++李绍伟

摘 要：堆取料机是料场中一种常见的散料输送设备，文章主要研究悬臂胶带机的计算，采用国际上通用的DIN标准对料场悬臂皮带的张力计算进行规范化设计，以期能为以后设计胶带机提供相关借鉴。

关键词：悬臂胶带机；张力；计算

堆取料机目前在我国散料装卸行业已获得普遍使用，其具有动作连续性，可提高生产率；同时结构比较简单、构造轻巧、能降低投资和运行成本。而悬臂胶带机正是堆取料机实现堆料功能的主要部件，它将物料有序的分割摆放，同时还能均匀布料。为悬臂胶带机特点在于上下俯仰，有时还要实现可逆运行，因此我们需要首先了解它的工艺，其次我们需要对各种工况进行分析，找出最不利的运行条件，进而对悬臂胶带机各点张力进行比较分析，最后得出结论。下面举一实例加以说明。

已知：带宽B=1400mm，带速v=4m/s ，物料密度ρ=1.7t/m3（计算体积），ρ=2.7t/m3（计算功率）。臂式斗轮取料机的悬臂胶带机计算遵循DIN 22101《输送散装物料的带式输送机计算及设计基础》。

胶带机头尾滚筒中心距L=59.761m，物料安息角ic =38°，上托辊间距1m，下托辊间距3m，辊径159mm，额定输送能力Q=4000t/h，最大输送能力Q=4400t/h。

1 体积输送量和质量输送量

B≤2000mm，

b=0.9×B-50=0.9×1400-50=1210mm

其中：lM-三托辊布置时中间托辊壳体长度，lM=0.53m，β-对于标准流散物料，取β=20°；对于次流散或近似于流散物料，则取β=20°以下至β=0°。为安全起见，取β=15°。

理论体积输送量：IV，th=3600Athv=2908.8 m3/h，有效装料系数：φ =φBetr φSt=0.966，装料系数φBetr，当加料均匀和输送带直线运行时，水平直线输送机的理论装料断面可以被充分利用，则（φ=φBet r=1）。

实际最大载荷产生的线载荷：mL=Q/3.6V=305.6kg/m

2 稳定工况的运行阻力和功率消耗

下俯取料工况

在稳定工况运行时产生的抗力（运行阻力）FW从摩擦力、重力和质量的总和中得出。输送机的功率消耗PW产生于运行阻力和运行速度： PW=FWv=182 KW

为了计算，将运行阻力分为：

主要阻力FH；附加阻力FN；提升阻力FSt；特种阻力FS。

这些运行阻力之和FW，等于从传动滚筒传递到输送带上的圆周力FTr：

2.1 主要阻力FH

其中：f-模拟摩擦系数，选取f=0.020（DIN22101）；L-输送机长度（头、尾滚筒中心距），L=59.761m；g-重力加速度，g=9.81m/s2；mRO-承载分支托辊每米长旋转部分质量；mRO=n×q/RO/a0=43.89 kg/m；mRU-回程分支托辊每米长旋转部分质量； mRU=n×q/RU/au=13.64kg/m；mG-每米长输送带的质量；mG=14.6kg/m2；mL-每米长输送物料的质量；mL=Q/3.6v=305.6kg/m

2.2 附加阻力FN

附加阻力是产生在输送机个别位置的摩擦阻力和惯性阻力。附加阻力FN的各个部分可用下式计算： FN=FAuf+FSchb+FGr=4889+477+1008=6374N

a）加料处范围内输送物料与输送带间的惯性阻力和摩擦阻力FAuf：FAuf=Im（v-v0）=4889N

b）在一个加料处的加速区内输送与导料槽侧板间的摩擦阻力FSchb：

对于3托辊托辊组布置的装料点，见图2：

对于一般结构的带式输送机可取： cSchb cRank=1

其中：Cschb-综合考虑加料区段内输送物料和导料槽侧板间由于给定质量输送量的堵塞压力所引起的附加阻力的系数；CRank-兰金系数，bsch-导料槽的内宽，得0.9m，lb-加料区域内加速段长度，μ1-输送带与输送物料间的摩擦系数0.6，μ2-输送带与输送物料间的摩擦系数0.6。

c）带式清扫器的摩擦阻力FGr：

FGr=μ4 pGr AGr=0.6×3×104×1.4×0.02×2=1008N

一般情况下，压力参数pGr在0.03N/mm2到0.1N/mm2范围内，摩擦系数μ4输送带与带式清扫器间的摩擦系数约在0.6到0.7之间。

其他阻力是输送带绕过滚筒时的弯曲阻力和非传动滚筒的轴承阻力。这两种阻力相对于前述阻力来说在几乎所有情况下都小到可以忽略不计。

2.3 提升阻力FSt

输送带和输送物料，在每个分段的提升阻力：

总提升阻力：

（输送机上运时：hi>0；δi>0，输送机下运时：hi<0；δi<0。

2.4 特种阻力FS

2.4.1 前倾阻力FRst

上前倾托辊：FRst=Cεμ0L（mG+ML）gcosδsinε=1372N

下前倾托辊：FRst=μ0LmGgcosλcosδsinε=108N

2.4.2在加料区外输送带与导料槽侧板间的摩擦阻力FSch

3 托辊布置（见图2）时：

其中：lsch-导料槽侧板长度，得4m

注：摩擦系数μ2一般在0.5到0.7之间，bSch>lM时，代入lM=bSch；2托辊布置时，代入lM=0；1托辊布置时，代入lM=bSch。

2.4.3 在输送区段上转载物料装置的阻力FGa

悬臂胶带机在输送区段上未发生物料从侧向转运出去，故FGa=0endprint

FS=FRst+FSch+FGa=1882N

3 输送带张力和拉紧力

带式输送机的运行工作需要最小输送带张力，以便能够通过传动滚筒上的摩擦力将力传递到输送带，限制输送带的垂度以正确无误地导引输送带。

3.1 传递滚筒圆周力的最小输送带张力

在单独驱动或制动滚筒上，通过摩擦力传递在起动、制动或稳定工况下出现的滚筒圆周力，需要一定的最小输送带绕入张力FT1和绕出张力FT2。图3表示为该两个力及最大滚筒圆周力FTr，，max>0的情况：

最小绕入张力和绕出张力

FT1-FT2=FTr FT1/FT2≤eμx

式中α以弧度为单位代入，由此得出：

其中：μ-输送带与滚筒间的摩擦系数，取μ=0.35，α-滚筒的围包角，根据IMK提供的资料，α=π，e-自然对数的底（e=2.71828......），pA-起动系数，取 pA=1.5。

3.2 限制输送带垂度及保证输送带正确导向的最小输送带张力

为了带式输送机的技术优化，输送带相对垂度hrel的计算，其最大值与托辊间距有关，在稳定工况必须限制在0.01以下，在非稳定工况下可允许有较大的垂度。输送速度越高、物料的块度越大，则垂度应该越小。当给定最大垂度和最大托辊间距时，需要的最小输送带张力为：

上分支（有载）：

下分支：

其中：lRρ-上托辊间距，lRμ-下托辊间距，hrel-输送带最大垂度与托辊间距之比

由FT2，min=34.05 KN计算胶带机各点张力，得F4点张力为：

则取F4点张力为39.3 KN，以此为基础重新计算胶带机各点张力，得：

F2=39.5 KN，所以F1max=F2+FTr=85.8KN

3.3 拉紧力

F拉=2×F2=79KN

4 结束语

本文旨在加深对悬臂胶带机计算的理解和认识，应用DIN标准规范悬臂胶带机的计算，由于受篇幅的限制单纯从一篇文章将所有内容包括进去确实很难，悬臂胶带机设计经验需要通过日常工作逐渐地积累。希望本文对设计人员有所帮助。

参考文献

[1]DIN22101：Belt Conveyors for Bulk Materials- German Standards Organization，2002

[2]DTII（A）型带式输送机设计手册[M].北京：冶金工业出版社，2003，17-100.endprint

FS=FRst+FSch+FGa=1882N

3 输送带张力和拉紧力

带式输送机的运行工作需要最小输送带张力，以便能够通过传动滚筒上的摩擦力将力传递到输送带，限制输送带的垂度以正确无误地导引输送带。

3.1 传递滚筒圆周力的最小输送带张力

在单独驱动或制动滚筒上，通过摩擦力传递在起动、制动或稳定工况下出现的滚筒圆周力，需要一定的最小输送带绕入张力FT1和绕出张力FT2。图3表示为该两个力及最大滚筒圆周力FTr，，max>0的情况：

最小绕入张力和绕出张力

FT1-FT2=FTr FT1/FT2≤eμx

式中α以弧度为单位代入，由此得出：

其中：μ-输送带与滚筒间的摩擦系数，取μ=0.35，α-滚筒的围包角，根据IMK提供的资料，α=π，e-自然对数的底（e=2.71828......），pA-起动系数，取 pA=1.5。

3.2 限制输送带垂度及保证输送带正确导向的最小输送带张力

为了带式输送机的技术优化，输送带相对垂度hrel的计算，其最大值与托辊间距有关，在稳定工况必须限制在0.01以下，在非稳定工况下可允许有较大的垂度。输送速度越高、物料的块度越大，则垂度应该越小。当给定最大垂度和最大托辊间距时，需要的最小输送带张力为：

上分支（有载）：

下分支：

其中：lRρ-上托辊间距，lRμ-下托辊间距，hrel-输送带最大垂度与托辊间距之比

由FT2，min=34.05 KN计算胶带机各点张力，得F4点张力为：

则取F4点张力为39.3 KN，以此为基础重新计算胶带机各点张力，得：

F2=39.5 KN，所以F1max=F2+FTr=85.8KN

3.3 拉紧力

F拉=2×F2=79KN

4 结束语

本文旨在加深对悬臂胶带机计算的理解和认识，应用DIN标准规范悬臂胶带机的计算，由于受篇幅的限制单纯从一篇文章将所有内容包括进去确实很难，悬臂胶带机设计经验需要通过日常工作逐渐地积累。希望本文对设计人员有所帮助。

参考文献

[1]DIN22101：Belt Conveyors for Bulk Materials- German Standards Organization，2002

[2]DTII（A）型带式输送机设计手册[M].北京：冶金工业出版社，2003，17-100.endprint

FS=FRst+FSch+FGa=1882N

3 输送带张力和拉紧力

带式输送机的运行工作需要最小输送带张力，以便能够通过传动滚筒上的摩擦力将力传递到输送带，限制输送带的垂度以正确无误地导引输送带。

3.1 传递滚筒圆周力的最小输送带张力

在单独驱动或制动滚筒上，通过摩擦力传递在起动、制动或稳定工况下出现的滚筒圆周力，需要一定的最小输送带绕入张力FT1和绕出张力FT2。图3表示为该两个力及最大滚筒圆周力FTr，，max>0的情况：

最小绕入张力和绕出张力

FT1-FT2=FTr FT1/FT2≤eμx

式中α以弧度为单位代入，由此得出：

其中：μ-输送带与滚筒间的摩擦系数，取μ=0.35，α-滚筒的围包角，根据IMK提供的资料，α=π，e-自然对数的底（e=2.71828......），pA-起动系数，取 pA=1.5。

3.2 限制输送带垂度及保证输送带正确导向的最小输送带张力

为了带式输送机的技术优化，输送带相对垂度hrel的计算，其最大值与托辊间距有关，在稳定工况必须限制在0.01以下，在非稳定工况下可允许有较大的垂度。输送速度越高、物料的块度越大，则垂度应该越小。当给定最大垂度和最大托辊间距时，需要的最小输送带张力为：

上分支（有载）：

下分支：

其中：lRρ-上托辊间距，lRμ-下托辊间距，hrel-输送带最大垂度与托辊间距之比

由FT2，min=34.05 KN计算胶带机各点张力，得F4点张力为：

则取F4点张力为39.3 KN，以此为基础重新计算胶带机各点张力，得：

F2=39.5 KN，所以F1max=F2+FTr=85.8KN

3.3 拉紧力

F拉=2×F2=79KN

4 结束语

本文旨在加深对悬臂胶带机计算的理解和认识，应用DIN标准规范悬臂胶带机的计算，由于受篇幅的限制单纯从一篇文章将所有内容包括进去确实很难，悬臂胶带机设计经验需要通过日常工作逐渐地积累。希望本文对设计人员有所帮助。

参考文献

[1]DIN22101：Belt Conveyors for Bulk Materials- German Standards Organization，2002

[2]DTII（A）型带式输送机设计手册[M].北京：冶金工业出版社，2003，17-100.endprint