浅谈带式输送机启动和制动的受力分析与计算

摘 要：本文叙述带式输送机启动与制动的过程，通过对启制动过程中的受力进行分析，并且对关键数据进行简要计算，得出合理的启制动过程，做出对带式输送机各部件启制动过程的合理保护，以得到理想的启动与制动方案。

关键词：启动；制动；受力；保护

中图分类号：TD52 文献标识码：A

带式输送机是输送松散物料的主要运输机械，广泛应用于煤炭、钢铁、矿山、电厂等工业部门，且带式输送机又有运输能力大，工作阻力小，货载的破碎性小，结构简单等特点。带式输送机的受力较为复杂，一般在启、制动过程中系统各部件受力较大，特别是带式输送机启动过程，要克服静止状态下机体、货载的惯性和巨大的系统阻力，此时带式输送机系统受力状况最为恶劣，因此，正常合理的启动与制动关系着输送机的正常工作、减小对设备损耗、制作控制系统等，所以，对带式输送机的启动与制动的分析与计算是不可缺少的部分。

一、分析与计算

带式输送机在启动和制动过程中，需克服系统的惯性，使输送带逐渐由静止状态加速至额定带速运转或逐渐减速至停机为止，如果加速度过大或启动过快，会产生强烈的动载荷，对带式输送机系统部件造成很大的冲击。因此在启动和制动时必须考虑负荷，并保证启（制）动时，在最不利的情况下确定的加（减）速度能保证物料与输送带间不打滑，此时应满足计算式（1），（2）

（1）

（2）

式中――启动加速度，m/s2；

――制动减速度，m/s2；

μ1――输送带与物料间的摩擦系数。

通过动力学分析，我们知道：皮带机起动时或突然停止时，其严重后果是带式输送机储存能量快速释放或快速堆积对其机械部件及胶带本身造成了严重损害，尤其是在皮带机倾角处和拉紧装置紧边处，其危害是致命的。通俗地讲，在起动时慢起，把能量增加的节奏放慢，在停车时慢停，把能量释放的节奏放慢，就能够保护胶带和动力传动装置及其机械部件。所以，在皮带机设计计算过程中，必要时应考虑设置可控软启动或变频调速。

（3）

由式（3）可以看出，在圆周驱动力一定的情况下，启动时输送机所受驱动力越大，整个输送机运动及旋转部分所受合外力就越大，输送带获得的加速度就越大

式中：Fu――稳定运行工况圆周驱动力，N；

n――驱动单元数；

JiD――驱动单元第i个旋转部件的转动惯量，kg.m2；

ii――驱动单元第i个旋转部件至传动滚筒的传动比；

r――传动滚筒半径，m；

Ji――第i个滚筒的转动惯性，kg.m2；

ri――第i个滚筒的滚筒半径，m。

式（4）为启动和制动时输送机直线移动部分和旋转部分的惯性力。式（5）为直线移动部分质量，式（6）为各旋转部分的转动惯量转换为传动滚筒上直线移动的质量，其中包括电机、高速轴联轴器（或液力偶合器）、制动轮、减速器、低速轴联轴器、逆止器和所有滚筒的转动惯量。

启（制）动加速度应满足式（1）、式（2），一般控制在0.1aA（B）～0.3m/s2。启动时传动滚筒上最大圆周驱动力为：

（7）

KA――启动系数，1.3～1.7。

由上述分析可以得出，带式输送机的启动时间及启动加速度是可控的，所以在比较特殊的输送带设计时，为保证输送机的正常启动以及保护系统各部件，应设软启动。较为常用的软启动方式有液体粘性软启动。液体粘性软启动装置是利用液体的粘性（即油膜剪切力）来传递扭矩的，当主动轴带动主动摩擦片旋转时，通过摩擦之间的粘性流体形成油膜带动从动摩擦片的旋转，可通过改变油压来调节主、从动摩擦片之间的油膜厚度，改变从动摩擦片输出的转速和扭矩的大小，从而实现带式输送机各项驱动要求和可控软启动。在启动过程中传动滚筒所受扭矩达到输送运行中的最大值，所以在滚筒选型时须考虑启动时的尖锋载荷。

当皮带机突然制动或传动滚筒的速度突然降低时，由于机械设备的惯性作用，整个皮带上应力波会造成传动滚筒以下的回程皮带被拉紧，传动滚筒以上的回程皮带和上行皮带被放松，所以控制制动时的减速度非常重要。当带式输送机自由停车时，制动圆周力及自由停车时间按公式（8）、（9）和（10）计算。

式中：――制动时的惯性力，N；

――摩擦阻力，N。为安全起见，计算时，模拟摩擦系数f取0.012～0.016的小值（与计算下运时的情况相同）。

自由停车时间：

（10）

根据上述可以分析出停车时间决定于制动时的惯性力和整个输送机的摩擦阻力，然而我们可以通过对皮带机的设计来调节制动时的惯性力的大小，以调节停车时间。这样可以获得不同情况下所需要的停车时间，以便于把停车时间控制在安全范围内。

采用制动器时的制动圆周力按式

式中：――采用制动器制动时的惯性力，N，按式（9）计算；

i――制动器至传动滚筒的传动比；

MZ――制动器的制动力矩，N.M；

r――传动滚筒半径，m。

带式输送机在制动时，需考虑最不利的情况，即，水平段和下运段满载，其它段空载。在这种情况下，输送机所受惯性力最大。根据计算可以得出，在加设制动器时，制动力矩越大，系统停车时的减速度越大，停车时间越小，所以，如果安装较大制动力矩的制动器时，停车时间过短，物料与输送带间很可能发生相对移动，出现物料飞溅等现象，并且对系统各部件有较大冲击。因此，在增加制动力矩时，须考虑停车时间以及系统各部件的损耗程度，将停车时间控制在安全可调范围内。

通过上述对带式输送机启动和制动时的力学分析，可以得到：皮带机起动或突然停止时，是使整个输送系统具有正常运转能量或将整个运动系统所具有的能量快速消耗的过程，由于输送机运动部分质量较大，所以在启动和制动过程中系统所受的合外力较大，造成系统某些部件受到较大的应力，危害运动系统的正常运转。因此，合理的控制带式输送机的启动与制动，是带式输送机正常运转的先决条件，更有利于得到理想的设计方案。

参考文献

[1]宋伟刚.通用带式输送机设计[M].北京：机械工业出版社，2006.

[2]梁庚煌.运输机械手册（第2册）[M].北京：化学工业出版社，1983.