浅析堆取料机在带式输送机计算时增加的阻力

郭彦波

（华电重工股份有限公司天津分公司，天津 300010）

1 问题的提出

在带式输送机受力计算时往往有其他附属设备（如输送带清扫器、犁式卸料器等）产生的附加特种阻力，比如输送带清扫器摩擦阻力和犁式卸料器摩擦阻力，在有关资料中有详细表述，在此不详细介绍。但在计算条形堆场的带式输送机时，堆取料机缠绕在带式输送机上行走，堆取料机产生的阻力却无相关资料说明。查阅某些项目中有取值50,000N，也有取值100,000N，这些取值参差不齐，大部分是由以前经验值延续下来，或是在以前经验值的基础上人为估算，这些估值偏保守，致使带式输送机功率计算偏大，造成不必要的投资以及能源浪费。本文主要通过对比计算，验证某些特定条件下堆取料机对带式输送机产生的阻力。

2 对比计算

堆取料机对带式输送机产生的主要阻力有输送带缠绕滚筒时的缠绕阻力F1和堆取料机上的改向滚筒的轴承阻力tF。带式输送机在阻力计算时，可以采用两种方法对上述两种附加阻力进行计算。一种是张力增大系数法，即输送带每经过一个滚筒（传动滚筒除外）时，用增大系数扩大张力以近似等同缠绕阻力F1和滚筒轴承阻力tF之和W(N)。

计算式：

式中，Si-1：改向滚筒趋入点张力，N；

K′：改向滚筒阻力系数：

当φ′≈ 45°时，K′=1.02；

φ′≈ 90°时，K′=1.03；

φ′≈ 180°时，K′=1.04。

其中，φ′为输送带在改向滚筒上的围包角。在顺序计算各点张力时，式（1）也可表示为：

式中，Si：改向滚筒奔离点张力。

这种方法计算简单，结果保守，用此方法计算输送带各点张力时，会造成计算结果的不封闭。另一种是直接用缠绕阻力F1和轴承阻力tF公式计算，称准确值法。输送带缠绕滚筒的缠绕阻力：

各种帆布输送带：

钢绳芯输送带：

滚筒轴承阻力（传动滚筒不计算）：

式中，F：改向滚筒趋入点和奔离点的张力和的一半，N；

B：输送带宽度，m；

d：输送带厚度，m；

d0：轴承内径，m；

D：改向滚筒直径，m；

FT：作用在滚筒上输送带两边的张力和滚筒旋转部分所受重力的矢量和，N。其中FT需要在逐点张力过程中才能求解得到，所以带式输送机的整个计算过程需要循环迭代计算，计算较为繁琐，不过计算结果相对准确，且结果封闭。

下面以某电厂条形煤场中3#AB带式输送机的计算为例，3#AB带式输送机缠绕示意图，见图1。

图1

假设堆取料机处在靠近头部驱动滚筒的极限位置，此时堆取料机对输送带阻力最大。3#AB带式输送机基本参数：带速v=3.15m/s，额定运量Q=2500t/h，输送物料：煤，物料密度ρ=0.85t/m³，水平长度Lh=403m，堆取料机提升高度h=8.5m。同时运用张力增大系数进行计算，从而得到两种计算方法的数据（由于数据繁多，不再一一列出）。从得到的数据中，张力增大系数法比准确值法计算的结果大，同时造成不闭环的现象，改向滚筒越多，影响也就更大；准确值法是详细计算滚筒轴承阻力和胶带缠绕阻力的计算方法，虽然准确但是计算繁琐（计算过程不再一一赘述）。可以认为14点到21点为堆取料机引起的阻力范围。经过对比发现，准确值法的输送带在此两点的张力分别为68134N、71046N，而利用张力增大系数方法输送带在此两点的张力分别为为69575、84162N。其差值就为堆取料机引起的阻力，准确值法大约为2912N，而张力增大系数法大约为14587N。可见，张力增大系数法计算的结果要远远大于准确值法，前者偏离实际较大，张力增大系数法计算结果在实际工程中是不可取的。因为堆取料机引起的阻力与输送机的皮带张力有关系，因此，输送机的长度或输送量不同时，都会引起堆取料机造成的阻力变化。通过计算，当带速v=3.15m/s，堆取料机形式一定时，更改输送机水平长度和输送量，得到堆取料机造成的阻力与机长和输送量之间的数据表，见表1。

表1 阻力（N）与机长（m）和输送量（t/m³）之间的数据表

根据上面的数据，进行拟合仿真，发现堆取料机造成的阻力与机长和输送量几乎成线性关系（在带速一定的情况下），见图2。

图2 阻力与机长和输送量的三维拟合图

3 比较验证

参考美国带式输送机行业标准（简称CEMA标准）第六章的内容，如下表2。

表2 各种滚筒的转动产生的输送带张力

表2所列出了带式输送机上各种滚筒偏于保守的产生输送带张力的估计值。CEMA标准中给出的输送带张力和功率的计算，采用的是表2所列出的数值。所以针对堆取料机这种缠绕方式，阻力应为：

由于国外的滚筒全部采用减摩擦轴承，所以当改用国产轴承时可以放大1.5倍以做弥补，即：

当堆取料机上采用三滚筒缠绕时，堆取料机综合阻力应为：

4 结语

综上所述，前面提到的堆取料机对输送机的阻力按照经验取值为50000或更大值是太过保守。在“2对比计算”中的结果和CEMA标准的数据相比较为接近，当堆取料机上采用三滚筒缠绕时，堆取料机综合阻力宜在3500～4000N范围内取值；当堆取料机上采用六滚筒缠绕时，堆取料机综合阻力宜在5500～6000N范围内取值，相信结果更接近实际情况。