下运伸缩胶带输送机圆周力的计算与选型

摘要：文章根据伸缩胶带输送机的使用特点，通过确定复杂工况下下运伸缩胶带输送机的各种极端运行工况，对各种极端工况下的圆周力进行分析计算，从而确定最大圆周力及最大电机功率，以便于进行输送机各部件的选型设计及强度校核，并针对下运伸缩胶带输送机的选型阐述了选型时的注意事项，以保证胶带输送机选型的准确性及输送机的运行安全可靠性。

关键词：下运；伸缩胶带输送机；圆周力计算；选型；工况

中图分类号：TH133 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2009）15-0045-02

一、概述

伸缩胶带输送机主要用于中厚煤层综合机械化采煤工作面的顺槽运输，或一般采煤工作面的顺槽和巷道掘进运输系统。伸缩胶带输送机是以胶带作为牵引承载机构的连续运输设备，它与普通胶带输送机相比增加了贮带装置、快速可拆中间架等。当游动小车向机尾一端移动时，胶带进入贮带装置内，机尾回缩，反则机尾延伸，因而使胶带输送机具有可伸缩性。因此，伸缩胶带输送机特别是下运伸缩胶带输送机设计计算时，必须充分考虑各种运行工况，并对各种运行工况圆周力进行计算分析，从而确定电机功率及胶带最大张紧力并进行选型设计。

上海能源股份公司龙东煤矿原7612工作面，由于采煤工作面条件限制，需采用如图布置的下运伸缩胶带输送机。其设计参数为：皮带总长度L=1057m，其中12°倾斜段长度l1=552m，水平段长度l2=505m，输送能力Q=450 t/h，带速V=2.5m/s，带宽B=1000mm。如下图所示：

由于伸缩胶带输送机随着工作面的推进，其长度也在不断变化，因此，必须对各种极端工况进行分析计算。其中主要包括：满载运行工况、最大负功率工况、空载运行工况、最大正功率运行工况、空载启动工况、满载制动工况以及随着采煤工作面的推进，当胶带输送机缩至12°倾斜段（552m段）时上述的各种工况。

下面仅对上述各种工况时的圆周力、电机功率及胶带张紧力进行计算。

二、各种工况圆周力的计算与选型：

（一）满载运行工况圆周力Fu（12°倾斜段、水平段均满载）

Fu=CfLg（qRO+qRU+2qB+qG）-qGHg

1．承载分支托辊每米旋转质量：上托辊选用φ108三联托辊，1.2m一组，qRO=12.21/1.2=10.18Kg/m。

2．回程分支托辊每米旋转质量：下托辊选用φ108平托辊，3m一组，qRU=10.43/3=3.47Kg/m。

3．每米输送带质量：胶带型号选用PVC1000

qB=14.4Kg/m

4．每米物料质量：qG=Q/3.6v=450/（3.6×2.5）=50Kg/m

5．其他参数：

系数C=1.09

摩擦系数f=0.015

重力加速度g=9.81m/s2

落差H=115m

6．满载运行圆周力Fu=CfLg（qRO+qRU+2qB+qG）-qGHg

Fu=1.09×0.015×1057×9.81×（10.18+3.47+2×14.4+50）-50×115×9.81=-40733.9N

7．滚筒轴功率PA=10-3FV=10-3×（-40733.9）×2.5=-101.83KW

匹配电机功率：

PM=1.2PA/（ηη1）=-1.2×101.83/（0.88×0.9）=-154.3KW

（二）最大负功率工况圆周力F-max（12°倾斜段满载、水平段空载）

1．最大负功率工况圆周力F-max=Cfg[L（qRO+qRU+2qB）+l1qG]-qGHg

F-max=1.09×0.015×9.81×[1057×（10.18+3.47+2×14.4）+552×50）]-50×115×9.81=-44783.84N

2．滚筒轴功率PA-MAX=10-3FV=10-3×（-44783.84）×2.5

= -111.96KW

匹配电机功率PM-MAX=1.2PA-MAX/（ηη1）=-1.2×91.83/（0.88×0.9）=-169.64KW

（三）空载运行工况圆周力F空（12°倾斜段、水平段均空载）

1．空载运行工况圆周力F空=CfLg（qRO+qRU+2qB）

F空=1.09×0.03×1057×9.81×（10.18+3.47+2×14.4）

=14394.6N

摩擦系数f=0.03

2．滚筒轴功率PA空=10-3FV=10-3×14393.6×2.5

=35.98KW

匹配电机功率PM空=1.2PA空/（ηη1）=1.2×35.98/（0.88×0.9）=54.52KW

（四）最大正功率运行工况圆周力F+max（12°倾斜段空载、水平段满载）

1．最大正功率运行工况圆周力

F+max=Cfg[L（qRO+qRU+2qB）+l2qG]

F+max =1.09×0.015×9.81×[1057×（10.18+3.47+2×14.4）+505×50）]

=22493.47N

2．滚筒轴功率PA+MAX=10-3FV=10-3×22493.47×2.5

=56.23KW

匹配电机功率PM+MAX=1.2PA+MAX/（ηη1）=1.2×56.23/（0.88×0.9）=85.20KW

（五）空载启动工况圆周力Fa（12°倾斜段、水平段均空载）

启动加速度a=0.3m/s2

惯性力Fsa=aL（qRO+qRU+2qB）

=0.3×1057×（10.18+3.47+2×14.4）

=13460N

1．空载启动工况圆周力Fa= F空+Fsa

Fa=14394.6+13460=27854.6N

2．滚筒轴功率PAa=10-3FV=10-3×27854.6×2.5=69.64KW

匹配电机功率PMa=1.2PAa/（ηη1）=1.2×69.64/（0.88×0.9）

=105.52KW

（六）满载制动工况圆周力FZ（即：12°倾斜段、水平段均满载）

1．制动减速度 a=-0.3m/s2

惯性力Fsz=aL（qRO+qRU+2qB+qG）

Fsz=0.3×1057×（10.18+3.47+2×14.4+50）

=-29315.9N

2．满载制动工况圆周力Fz=Fu+Fsa

Fz=-40733.9-29315.9=-70049.8N

制动系数Kz=Fz/Fu=1.72倍

满足制动要求。

（七）12°倾斜段（552m段）工况圆周力的计算（去除505m水平段后）

1．满载运行工况Fu=Cfl1g（qRO+qRU+2qB+qG）-qGHg =-48222.23N

2．空载运行工况F空=Cfl1g（qRO+qRU+2qB）=7516.81N

3．空载启动工况Fa=F空+Fsa=14546.53N

惯性力Fsa=7029.72N

4．满载制动工况FZ=Fu+Fsz=-63531.95N

惯性力Fsz=-15309.72N

满载运行工况匹配电机功率PM=-183KW

可以看出，最大圆周力和最大电机功率出现在12°倾斜段（552m段）满载运行工况。假如仅按整条胶带输送机1057m工况考虑，将会造成选型设计误差，从而影响输送机的强度与运行安全。

在求出最大圆周力、电机最大功率后，就可根据最大圆周力进行胶带最大张紧力计算及胶带强度校核。接下来就可进行胶带输送机其它部件的选型设计及强度计算。

（八）选型设计时的注意事项

根据以上计算，在下运伸缩胶带输送机选型设计时特别要注意的主要有以下几点：

1．负功率运行工况下电动机的选用：由于此下运伸缩胶带输送机在正常工作工况下（满载运行工况），电动机超同步运转，处于发电状态工作，以向电网发电，平衡皮带机向下运行产生的能量。如果电动机规格选用小了，可能造成飞车、毁机等严重事故，所以下运电动机规格的余度应适当大些。

2．软启动与软制动：选型时须保证皮带机在满载工况下能够逐步克服皮带机的运行惯性而平稳地启动和制动。考虑到此下运伸缩胶带输送机应用于采煤工作面的顺槽，由于工作环境较恶劣，不宜采用变频软启动。因此，我们在选型时选用了XCQ系列的机械式软启动装置和KPZ系列的液压盘式制动器，保证了皮带机运行的平稳可靠。

3．张紧装置的安放位置：由于在负功率工况下运行时，张力最小点在卸载滚筒处的上皮带，因此，选用时采用液压自动张紧位置，并放在驱动滚筒与卸载滚筒之间，可自动调整皮带张紧力，以满足皮带不打滑条件，防止皮带打滑。具体可根据各特征点张力大小进行选用。

三、结语

下运伸缩胶带输送机选型设计首先要熟悉输送机的运行环境与运行特点。而设计计算的关键就是确定圆周力，在复杂工况下，必须充分考虑胶带输送机运行的各种运行工况，求出最大圆周力，才能保证胶带输送机选型的准确性，从而保证输送机安全可靠运行。

参考文献

[1]运输机械设计选用手册编辑委员会．运输机械设计选用手册[M]．化学工业出版社．

[2]北京起重运输机械研究所，武汉丰凡科技开发有限责任公司．DTⅡ（A）型带式输送机设计手册[M]．冶金工业出版社．

作者简介：张磊，江苏徐州人，上海大屯能源股份有限公司拓特机械制造厂工程师，研究方向：机械制造技术开发。