DTⅡ（A）型带式输送机驱动能力校核

赵永昌，安庆龙，多军霖，范旭庚

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山 063200）

0 引言

带式输送机是一种普遍使用的输送机械设备，广泛应用于煤炭、冶金、建材、矿山等工业领域。20 世纪下半叶以来，我国带式输送机设计水平突飞猛进，通用型号从TD60、TD62、TD72 发展到TD75，后又由TD75 型、DTII 型更新换代到更为先进的DTII（A）型带式输送机。DTII（A）型带式输送机设计规格宽泛，结构先进，安装便捷，实用性强，炼铁工厂的焦炭、烧结矿、球团矿运输普遍采用此种输送机。

带式输送机是烧结生产工艺中的重要设备，如果说烧结机是烧结厂的心脏，那么带式输送机就是整个工厂的血管，主上料皮带像主动脉，直接影响烧结生产作业率、生产效率等指标。一台套带式输送机服役期往往在数十年以上，伴随着生产工艺更新、工作环境的改变，经常会对输送机进行不同程度的改造，以应对实际使用中暴露的设备问题。在这种情况下，输送机圆周驱动力和电机功率的校核将十分重要。

1 带式输送机圆周驱动力分析

1.1 带式输送机典型结构

带式输送机的典型结构如图1 所示，输送带采用尼龙带、聚酯带或钢丝绳芯带，驱动装置一般为电机或液压马达驱动，利用输送带和驱动滚筒之间的摩擦力传输力矩。托辊阵列为输送带提供支撑力，使用车式拉紧或重锤拉紧装置，安装有各类清扫器。

图1 带式输送机典型机构

1.2 圆周驱动力分析

带式输送机正常运转需要克服以下阻力。

（1）主要阻力：输送带（含运输物料）和所有支撑托辊及回程托辊旋转产生的阻力。

（2）附加阻力：输送带（含运输物料）和除传动滚筒外的所有改向滚筒、增面滚筒之间的阻力。物料加速至输送带带速过程中克服的惯性阻力和摩擦阻力。

（3）主要特种阻力：托辊前倾的摩擦阻力。被输送物料与导料槽栏板之间的摩擦阻力。

（4）附加特种阻力：输送带和清扫器、卸料器之间的摩擦阻力。

（5）倾斜阻力：输送机如果有倾角，要克服倾斜阻力。

理论上讲，输送机的驱动装置提供的圆周驱动力大于以上阻力之和，就能满足正常使用要求。

2 计算公式

2.1 圆周驱动力表达式

输送机的驱动装置提供的圆周驱动力为所有阻力之和：FU=FH+FN+FS1+FS2+FSt

对于机长超过80 m 的带式输送机，其主要阻力远大于附加阻力，一般引用系数C，简化附加阻力的计算，计算结果偏差不大。算式可简化为：FU=C×FH+FS1+FS2+FSt。

其中：FH是主要阻力，FN是附加阻力，FS1是主要特种阻力，FS2是附加特种阻力，FSt是倾斜阻力，C 是附加阻力系数。

2.1.1 主要阻力计算方法

主要阻力是输送带（含运输物料）和所有支撑托辊及回程托辊旋转产生的阻力之和，计算式：

其中：f 为模拟摩擦因数，可查表；L 是带式输送机长度，即头尾滚筒中心距，单位m；g 是重力加速度，单位m/s2；δ 为带式输送机倾角，单位°；qRO和qRU分别是承载分支托辊组、回程分支托辊组每米长度旋转部分重量，单位kg/m；G1是承载分支每组托辊旋转部分重量，单位kg，可查表；a0是承载分支托辊间距，单位m；G2是回程分支每组托辊旋转部分重量，单位kg，可查表；au是回程分支托辊间距，单位m；qB是单位长度输送带重量，单位kg/m，可参照厂家数据或查表；qG是单位长度输送物料重量，单位kg/m。

2.1.2 主要特种阻力计算方法

主要特种阻力FS1（N）包含托辊前倾摩擦阻力Fε（N）和输送物料与导料槽拦板间的摩擦阻力Fgl（N）。计算式：FS1=Fε+Fgl。

计算Fε：①前倾上托辊摩擦力计算，Fε1=Cεμ0Lε（qB+qG）gcos δsinε；②前倾下托辊摩擦力计算，Fε2=μ0Lε'qBgcos λcos δsinε。当上下托辊都前倾时，Fε=Fε1+Fε2。

其中：Cε是槽型系数，槽角30°时取0.4，槽角35°时取0.43，槽角45°时取0.5；μ0是托辊和输送带间的摩擦因数，一般取值范围0.3～0.4；Lε是装有前倾上托辊的输送机长度，单位m；Lε' 是装有前倾下托辊的输送机长度，单位m；ε 是托辊前倾角度，单位°；δ 是带式输送机倾角，单位°；λ 是下托辊轴线与水平线夹角，单位°。

其中：ρ 是运输物料密度，单位kg/m3；v 是皮带运输速度，单位m/s；l 是导料槽栏板长度，单位m；b1是导料槽两拦板间宽度，单位m，可查表或设计图纸；μ2是物料与导料拦板间的摩擦因数，一般取值范围0.5～0.7。

2.1.3 附加特种阻力计算方法

附加特种阻力FS2（N）包括清扫器摩擦阻力Fr（N）和犁式卸料器摩擦阻力Fa（N），计算式：FS2=n×Fr+Fa，Fr=A×P×μ3，Fa=B×k2。

其中：n 是清扫器数量，包括头部清扫器和空段清扫器；A是单个清扫器和输送带的接触面积，单位m2；p 是清扫器和输送带间的压力，单位N/m2，一般取值范围（3～10）×104N/m2；μ3是清扫器和输送带间的摩擦因数，一般取值范围0.5～0.7；k2是刮板系数，一般取1500 N/m。

2.1.4 倾斜阻力计算方法

倾斜阻力FSt（N）计算式：FSt=qG×g×H 。

其中：H 是输送机受料点和卸料点间的高差，输送机向上提升时取正值，向下运输时取负值，单位m。

2.2 理论电机功率计算

其中：η 是传动效率，一般取值范围0.85～0.95；η1是联轴器效率，机械式联轴器取0.98，液力耦合器取0.9，其他联轴器可按照设计参数取值；η2是减速机传动效率，每级齿轮传动效率取0.98，二级减速机η2=0.98×0.98=0.96，以此类推；η'是电压降系数，一般取值范围0.90～0.95；η'' 是多机驱动功率不平衡系数，一般取值范围0.90～0.95，单电机驱动时η''=1。

3 EXCEL 计算工具设计

为了提高计算效率，利用EXCEL 函数功能对计算公式进行编译，对相关资料进行整合，便于使用。

3.1 表格设计

按照需求设计表格字段，包括参数输入区域和计算结果区域，如图2 所示。

图2 计算工具设计

3.2 公式编译和资料整合

对公式推导内的公式进行编译，将可查表的资料整合进EXCEL。公式编译时要注意三角函数角度和弧度的转换。通过设计手册，可查表的数据有导料板间宽度b1，清扫器的接触面积A，附加阻力系数C，输送带和托辊的摩擦因数f，托辊组旋转部分重量G1、G2，每米输送带重量qB，物料堆积密度ρ，槽型系数Cε。将资料整合进Sheet（工作表）表，在输入方式标注“查表”，并在“查表”创建超链接至相应资料所在的Sheet 表内。同时在资料Sheet 表内设置“返回”按键，超链接至计算工具表格。

4 实例运用

4.1 问题描述

某烧结厂混匀矿运输主皮带机结构如图3 所示：单滚筒双电机驱动，单电机功率为P'=160 kW，380 V。输送能力Q=1500 t/h，物料堆积密度ρ=1600 kg/m3，头尾轮水平距Ln=172.75 m，机长L=176.6 m，提升高度H=37 m，提升角度δ=17°，带宽B=1400 mm，带速v=1.6 m/s。使用钢绳芯胶带厚度18 mm；上托辊间距a0=1 m，上托辊为Φ133 mm 槽型托辊，槽角λ=35°，前倾角度ε=1°30'；下托辊间距au=3 m，下托辊为Φ133 mm 平行下托辊，不前倾。

图3 某烧结厂混匀矿带式输送机

生产工程中，因单驱动故障造成输送机重停，对生产稳定造成影响，拟对输送机驱动系统进行改造，现对输送机驱动能力进行校核。

4.2 计算过程

4.2.1 计算主要阻力FH

由上文算式：FH=f×L×g×［qRO+qRU+（2qB+qG）cos δ］。带式输送机所载物料潮湿，多粉尘，存在皮带粘料情况，因此摩擦因数f 按照多尘、物料摩擦大和过载工况取0.025，G1、G2 查寻设计资料分别为24.63 kg、22 kg。

4.2.2 计算主要特种阻力FS1

上托辊前倾，查询槽型系数Cε=0.43，托辊与输送带间摩擦因数取μ0=0.4，查询设计资料，装有前倾上托辊的长度Lε=170 m；安装导料板的长度l=10 m。

4.2.3 计算附加特种阻力FS2

根据设计资料，输送机安装4 个清扫器，每个清扫器接触面积A=0.017 m2，清扫器与皮带的压力查表取较大值p=80 000 N/m2，清扫器与皮带摩擦因数查表取较大值μ3=0.6，刮板系数取k2=1500 N/m2。

4.2.4 计算倾斜阻力FSt

输送机提升高度为H=37.3 m。

4.2.5 计算圆周驱动力

此带式输送机机长为176.6 m，大于80 m，可以选取附加阻力系数C，简化附加阻力计算。查表，按照150 m 皮带长度取较大值，C=1.58。

4.2.6 计算理论电机功率

按照设计资料，此带式输送机采用减速机为三级传动，高速端使用液力偶合器，传动效率η=0.98×0.98×0.98×0.9=0.847，电压降系数取η'=0.92，多机驱动功率不平衡系数η''=0.95。

4.3 EXCEL 计算工具验证

输入相关参数后，设计表格工具计算结果如图4 所示：圆周驱动力FU=129 911.31 N，双电机理论电机功率PM=280.8 kW。多机驱动功率不平衡系数取1 时，计算单电机理论电机功率。与手动计算结果基本一致，验证表格计算工具公式无误。

图4 计算工具计算结果

4.4 驱动能力评估

输送机采用单滚筒双电机驱动，单电机功率为P'=160 kW，380 V，实际驱动总功率P=320 kW，理论电机功率PM=280.8 kW，P＞PM，因此双驱动同时运行情况下，输送机的驱动能力符合设计要求；单驱动情况，P'＜PM，不能驱动带式输送机带料运行。因此单侧电机、减速机、液力耦合器、制动器等任何一个装置发生故障，都会导致降负荷生产。通过计算工具，上料量为750 t/h时，理论驱动电机功率为151.9 kW，即单侧驱动需将上料量降至750 t/h 以下。

此输送机为烧结机主上料皮带，是极为重要的生产设备，需要对输送机驱动重新设计改造，提高其容错性。基于本次计算数据，单电机驱动时，理论电机功率PM'=266.7 kW，因此，可提高单电机功率至266.7 kW 以上，双电机驱动改为一用一备更有利于稳定生产。

5 结论

介绍了DTII（A）型带式输送机圆周驱动力和理论驱动电机功率的计算方法，将计算公式、数据资料整合进EXCEL 内，形成简易的计算工具，方便大量同类型的带式输送机驱动数据的计算校核。对某烧结厂混匀矿带式输送机驱动能力进行校核，分别以手动计算和工具计算两种方式计算其理论电机功率，得到结果一致。结果验证此输送机驱动能力虽符合设计要求，但是没有容错性，应对驱动进行改良。计算结果可为其后续改造提供数据支撑。