高速帶式輸送機的設(shè)計-中文翻譯

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1中文翻譯：高速帶式輸送機的設(shè)計G. Lodew jks，荷蘭摘要本文主要探討高速帶式輸送機設(shè)計方面的問題。帶式輸送機的輸送量取決于輸送帶的速度、傳送帶寬度和托輥槽形角。 然而輸送帶速度的選擇又受到各種實際條件的限制，在本文有這方面的討論。 輸送帶速度也影響傳送帶的性能，例如它的能源消耗和它連續(xù)運行的穩(wěn)定性。 一種計算輸送帶的能源消耗的方法就是通過考慮運輸過程中的各種能量損耗來進行估算的。 輸送帶速度的不同使得安全系數(shù)的要求也各不相同，這也影響輸送帶所要求的強度。一種新的計算輸送帶速度對安全系數(shù)的影響的方法在本文中被介紹。 最后，輸送帶速度的沖擊對各組成部分的選擇和對中轉(zhuǎn)站設(shè)計的影響也在本文中被討論。1 概述過去的研究已經(jīng)證實使用窄帶輸送機的經(jīng)濟可行性，輸送帶的速度變快要求輸送帶的寬度隨之變寬，低速輸送機適于長距離輸送。 例如圖[1] - [5]。 現(xiàn)在，傳送帶以 8 m/s 的速度運行是沒有問題的。 無論怎樣，輸送帶速度在 10m/s 到 20 m/s 在技術(shù)上是 (動態(tài)地)可行的，并且也許在經(jīng)濟上也是可行的。本文將輸送帶速度在 10 和 20 m/s 之間的定義為高速。輸送帶速度在 10m/s 之下的定義為低速。使用高速輸送帶的目的并不在于它本身。 如果使用高速輸送帶不是經(jīng)濟上有利，或則，如果安全和可靠的操作沒有保證的，那么就應(yīng)該選擇低速輸送帶。輸送帶速度的選擇是總的設(shè)計過程的一部分。 靜態(tài)或穩(wěn)定的設(shè)計方法決定了帶式輸送機的優(yōu)化設(shè)計。 在這些設(shè)計方法中輸送帶被認為2是剛性的，靜止的。 這增加了輸送機穩(wěn)定運行的質(zhì)量和也決定了帶式輸送機各零部件的尺寸。 穩(wěn)定操作包括傳送帶穩(wěn)定運行時的張力、相對各種物料載荷的能量消耗和相關(guān)的工作環(huán)境情況。 應(yīng)該體會到找到最優(yōu)的設(shè)計不是一次性的努力，而是一個反復(fù)的過程 [6]。本文主要討論高速輸送機的設(shè)計，特別是使用高速輸送帶對輸送帶在能源消耗和安全系數(shù)要求方面的影響。 使用高速輸送帶也要求輸送機的各零部件有高可靠性，例如托輥組應(yīng)達到所要求的使用壽命。 高速帶式輸送機設(shè)計的另一個重要方面是高效率的裝料和卸載的合理安排。這些方面在本文中將被簡單地討論。2 帶速2.1 傳送帶速度選擇整體皮帶輸送機的最低成本在傳送帶寬度 0.6 到 1.0 m 的系列范圍內(nèi) [2]。 所要求的輸送量可以在這個傳送帶寬度范圍中選擇和也可以選擇符合輸送量要求的任何必要的輸送帶速度。 例子顯示了傳送帶速度和傳送帶寬度的組合所達到的具體輸送機的輸送量。 在本例中假設(shè)，物料的容積密度是 850 kg/m3 (煤炭)，并且槽形托輥的槽角和附加角分別為 35 °和 20 °。然而傳送帶速度選擇又被實際工作環(huán)境限制。 第一個方面是傳送帶的可成槽性，在例子沒有給出與輸送帶強度(規(guī)定值)的聯(lián)系，這部分取決于輸送機的長度和海拔。 為使送帶的可成槽性被保證必須選擇傳送帶寬度和強度。 如果輸送帶沒有充足的可成槽性就不會有適當?shù)剡\行軌跡。 這導(dǎo)致傳送帶連續(xù)運行的不穩(wěn)定，特別是高速傳送帶，這是不允許的。 通常，傳送帶制造者期待輸送機空載時，40%傳送帶寬度上進行著直線運行，并且與承載托輥的正常接觸。3第二方面是空氣在傳送帶上相對疏松固體物料的速度（空氣相對速度)。 如果相對空速超出某些極限后灰塵將產(chǎn)生重要影響。 這特別是對礦井產(chǎn)生了潛在問題影響，因為礦井為了通氣存在向下氣流?？账俚南鄬O限取決于四周情況和粒狀材料特征。第三個方面是帶式輸送機系統(tǒng)引起的噪聲。 隨著傳送帶速度的增加，噪聲級別也通常增加。 在住宅區(qū)噪聲級限于 65dB。 雖然噪聲級受輸送機的支持結(jié)構(gòu)和輸送機的覆蓋層的設(shè)計的影響很大，這也是選擇輸送帶速度的一個限制因素。2.2 輸送帶速度變化帶式輸送機系統(tǒng)的能量消耗隨傳送帶速度的變化而變化，這將在第3 部分中論述。 為了節(jié)省能量，傳送帶速度應(yīng)調(diào)整與供料點的粒狀物料特性匹配。 如果傳送帶正在滿載運行，那么它應(yīng)該運行在高(設(shè)計)速度。 傳送帶速度可以在物質(zhì)(容量)輸入點進行調(diào)整。 這將維持傳送帶在帶槽內(nèi)的連續(xù)裝填和在傳送帶的連續(xù)的粒狀材料的裝載。 傳送帶帶槽在恒定的裝填時產(chǎn)生一個最優(yōu)的裝貨比率，并且每個輸送物料單元被期望消耗能源量最低。 比較各種傳送帶速度不同的輸送機能源消耗相差將近 10% 。3 能源消耗3.1 運輸效率有很多方法比較運輸效率。 第一種，也是廣泛被運用的方法是比較等效摩擦因子，例如 DIN f 因素。 使用等效摩擦因子的好處是它可以看作是一條空載的傳送帶。 使用一個等效摩擦因子缺點是它不是‘單純的’效率數(shù)字。 它也考慮到傳送帶的質(zhì)量，托輥的折算質(zhì)量和被運輸?shù)牟牧系馁|(zhì)量。 一個單純的效率數(shù)字，僅考慮到被運輸物料的4質(zhì)量。第二個方法將比較運輸費用，如 kw-hr 或 ton/km 或者$/ton/km。 使用運輸費用的好處是這個數(shù)字因管理目的而廣泛應(yīng)用。 使用運輸費用的缺點是它不直接地反映輸送機系統(tǒng)的效率多數(shù)“單純的”方法是比較運輸中的損失因數(shù) [10]。 運輸損失因數(shù)是基于克服摩擦損失的推進力的要求和運輸工作之間的比率而定的 (忽略驅(qū)動效率和功率損失或者粒狀物料的上升/降低的要求)。 運輸工作被定義為粒狀材料被運輸?shù)臄?shù)量和平均運輸速度。 使用運輸損耗因數(shù)的好處是他們可以與其他素，象卡車和火車。 缺點是運輸損耗因數(shù)取決于材料的被運輸?shù)臄?shù)量，暗示它不能認為是為一臺空載的皮帶輸送機。3.2 滾筒抵抗力知道滾筒的抵抗力與傳送帶速度的關(guān)系對適當?shù)倪x擇傳送帶速度很重要。首先，滾筒的抵抗力取決于作用在傳送帶的上的垂直載荷，是傳送帶和粒狀材料重量的總和。 如果在傳送帶的垂直面內(nèi)裝載因數(shù)減少 2那么滾筒抵抗力隨之減少 2.52。 可以認為輸送機的輸送能力是隨著傳送帶速度的增加而使大塊物料裝載隨之減少。 所以，隨著傳送帶速度的增加，滾筒的抵抗力會成比例減少。其次，滾筒的抵抗力取決于槽型托輥的大小。 如果滾筒直徑因數(shù)增加 2 那么滾筒的抵抗力因數(shù)就會隨之減少 1.58。 一般來說槽形托輥直徑隨著傳送帶速度的增加而增加，但也受到軸承必要的使用壽命的限制。 隨著傳送帶速度的增加，滾筒的抵抗力會減少。第三，滾筒的抵抗力取決于傳送帶的覆蓋層材料的黏彈性。 這些特性取決于變形率。 在它的轉(zhuǎn)彎處的變形率取決于傳送帶覆蓋層的變5形區(qū)域的大小(根據(jù)傳送帶和最大塊度)和傳送帶速度。 一般來說滾筒的抵抗力隨著變形率的增加而增加(圍繞速度)，但僅是一個相對地小的量。第四，滾筒的抵抗力取決于傳送帶的覆蓋層的厚度。 如果后覆蓋層厚度增加因數(shù) 2 那么滾筒抵抗力隨之增加因數(shù) 1.26。 隨著傳送帶速度的增加，傳送帶覆蓋層的磨損量也增量，則滾筒抵抗力也增加。應(yīng)該體會滾筒抵抗力，雖然重要，不是唯一的速度依靠的阻力。例如槽形托輥的抵抗力取決于垂直的裝載和他們旋轉(zhuǎn)的速度。 垂直的裝載的作用，直接地取決于傳送帶速度，是主要方面。 旋轉(zhuǎn)的速度的作用影響較小。 另一抵抗力的產(chǎn)生是由于疏松固體物料在輸入點的加速度。 假設(shè)粒狀材料直接落在傳送帶上，這抵抗隨著傳送帶速度二次方地增加。特別是廠內(nèi)的皮帶輸送機， 這力的影響很小。 3.3 橡膠化合物滾筒的抵抗力取決于傳送帶的覆蓋層的黏彈特性，如前部分所述。 這暗示滾筒抵抗力可以通過選擇今天在市場上可利用的一種特別的滾筒覆蓋 (橡膠)化合物來減少。使用這種特別化合物將增加一個小的成本，但是這個成本可以通過使用一種正常耐磨的化合物作為覆蓋層的上層覆蓋的來限制。 這個情況要求充分地利用底部化合物的節(jié)能作用。滾筒的抵抗力的定量表征是這個滾筒抵抗顯示為 tan/E ^1/3，其中棕褐色是損耗角和 E 化合物的存貯模數(shù)。 合理的滾筒抵抗力表現(xiàn)的化合物顯示在 0.1 以下。 圖 1 顯示典型的介質(zhì)對優(yōu)良橡膠的顯示。在這個圖中也能被看出：一種具體橡膠化合物的選擇在一定的工作環(huán)境溫度下對皮帶輸送機能源消耗的影響， 。必須做出一個評論(警告)。如果僅一位傳送帶制造商提供這個輸送帶，這種低滾筒抵抗力化合物的特別傳送帶就不應(yīng)被選擇。 在那種情6況下，使用時，只要選擇可以執(zhí)行輸送機系統(tǒng)要求與它的設(shè)計規(guī)格相符的傳送帶就可以。 選擇這種輸送帶制造商超過一位，那么選擇阻力上限被限制的輸送帶是更好的，花費的成本方面來說也是明智的， 圖 1： 在某溫度情況下滾筒在四種不同橡膠的抵抗顯示4 安全因素的要求為了滿足設(shè)計要求， DIN 22101， ISO 5048，和 CEMA 標準都提供傳送帶裝載可允許的安全系數(shù)(SF)的極限。 二種類型的安全系數(shù)是可以區(qū)分的： 穩(wěn)定連續(xù)運行時的安全系數(shù)和不穩(wěn)定運行時的安全系數(shù)。 DIN 標準建議把安全系數(shù)作為約簡因數(shù)。 DIN 22101 標準使用三個約簡因數(shù)。 第一(r0)通常是指針對針輸送帶強度（接合)約簡的疲勞因數(shù)。第二(r1)考慮傳送帶在轉(zhuǎn)彎區(qū)域和皮帶輪等產(chǎn)生的額外力。 三(r2)考慮在開始和停止期間，傳送帶產(chǎn)生的額外動態(tài)應(yīng)力。 所需的極小的安全系數(shù)可以按下式進行計算：SF=1/(1-(r0+r1+r2)) (1)DIN 標準也給三個約簡因數(shù)的值。 例如，在“正?！惫ぷ鳡顟B(tài)下的鋼絲繩傳送帶的值如下： r0>0.665， r1>0.15， r2>0.06，產(chǎn)生安全因素 SF>8。依據(jù) DIN 標準設(shè)計的長距離帶式輸送機系統(tǒng)設(shè)計是完全可以應(yīng)用的。但主要缺點是傳送帶速度選擇所依據(jù)的輸送機系統(tǒng)操作的數(shù)據(jù)和傳送帶的真正的疲勞性質(zhì)沒有被考慮到。這些因素應(yīng)該被考慮，為了達到傳送帶定制安全系數(shù)的要求，輸送機系統(tǒng)操作的數(shù)據(jù)應(yīng)該被考慮到。 隨著裝載周期的增加，因數(shù) r1 和7r2 是獨立于傳送帶的疲勞特性減少的。 假設(shè)，因數(shù) r0 在 10,000 個載荷循環(huán)周期內(nèi)隨裝載周期 log1O 線性地(傳送帶的發(fā)展隨著皮帶輸送機發(fā)展的)從 0 到 0.665 減少 (DIN 標準的略計) ：r0= 0.166 log10(N) (N<10.000) (2)式中 N 為載荷的循環(huán)次數(shù)。 超過 10,000 載荷次數(shù)周期 r0 增加。 現(xiàn)在假設(shè)，在設(shè)計的輸送機的長度 10,000 m 之下，輸送機一年工作5000 個小時，有 5 年的使用壽命。 載荷循環(huán)周期的總數(shù)可以用下式計算：N=[(3600 V)/(2L)]HY (3)式中 V 是輸送帶速度、L 輸送機長度， H 每年工作的小時的數(shù)和 Y是預(yù)計工作年限。因數(shù) ro 的減少值可以用式(2) 確定，并且載荷循環(huán)周期在圖 1 已給定。 結(jié)果如圖 3 顯示。圖 3：給定例子的 DIN 22101 標準中 r0帶式輸送機的安全系數(shù)可以根據(jù)公式（1）和圖 2 確定，結(jié)果如圖4 所示。圖 4 ： 所舉的例子所需安全因素的極小值從圖 4 可以知道要保證以 2 m/s 速度穩(wěn)定運行的輸送機的設(shè)計所需的最小的安全系數(shù)約為 7.5，在傳送帶運行速度為 20 m/s.安全系數(shù)擴大為 10。在安全系數(shù)允許范圍內(nèi)考慮輸送帶的速度可以有效的防止高8速設(shè)計時估價過低和低速設(shè)計時估計過高(也取決于輸送機系統(tǒng)的長度)。以上給定的圖表和數(shù)據(jù)僅說明這個過程。 這個過程可以通過考慮被測量的傳送帶拉伸運載的各組件(鋼繩子或織品)和橡膠的疲勞特性的優(yōu)化而被改善，還需要考慮傳送帶的實際載荷循環(huán)周期(空載，滿載，穩(wěn)定運行，開始和停止，夏天和冬天工作環(huán)境等)。5 皮帶輸送機動力學(xué)實質(zhì)上皮帶輸送機的動力學(xué)性能不隨著傳送帶速度改變。 然而，隨著傳送帶速度的增加動力學(xué)的變化率增加，這也導(dǎo)致傳送帶連續(xù)運行穩(wěn)定性的降低。 本文不打算充分談?wù)撈л斔蜋C動力學(xué)。 在參考文獻[7]中這個題目被廣泛地討論。 無論怎樣，關(guān)于高速輸送機的動力學(xué)的一些注釋在這里需要提到。當二個托輥組之間的傳送帶被一個托輥碾壓或在臨近固托輥的固有頻率運行時將產(chǎn)生振動，這將引起共鳴現(xiàn)象的發(fā)生。 共鳴產(chǎn)生將增加的滾筒軸承的磨損和使得傳送帶能量消耗的增加，隨著橫向振動振幅的增加，輸送帶引起顫動，所以必須避免共振。 在高速傳送機系統(tǒng)中共鳴的作用將對輸送機的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的破壞，例如共振將引起輸送帶速度的降低、毀壞以及軸承的磨損。因此設(shè)計皮帶輸送機時，應(yīng)該避免共振的，并且要最大的利用現(xiàn)有的靜態(tài)設(shè)計方法，以便最經(jīng)濟的設(shè)計帶式輸送機。高速輸送機的輸送帶的運行軌跡必須良好。如果傳送帶沒有合適的運行軌跡輸送帶將會隨著傳送帶速度的增加而跑偏，輸送帶向旁邊位移和向旁邊位移率隨著速度的增加而增 2.1 部分。 并且傳送帶制造商應(yīng)盡最大的努力做平直的傳送帶和制造更好的輸送帶接頭。 另外，制作長距離的傳送帶會減少接頭的數(shù)量而增加輸送帶平直性。9對于水平運輸?shù)膫魉蛶€設(shè)計部分可以做出相似的結(jié)論。 隨著托輥改變的傳送帶的位置的變化主要依賴于由于裝貨程度引起的皮帶張力變化。在(被中止的)起飛和(緊急狀態(tài))停止時，特別是在大張力變化期間傳送帶將向側(cè)面發(fā)生移動。 隨著傳送帶速度的增加，皮帶張力在開始和停止的期間的變化將增加。利用低速輸送機靜態(tài)設(shè)計方法可以確定最大的邊位移。 然而對于高速的輸送機，動態(tài)設(shè)計方法能符合要求的準確地估算邊位移。除了開始和停止將花費更多時間外，正常操作的開始的和停止的過程不會對高速輸送機造成改變， 。 然而緊急剎車操作將會產(chǎn)生本質(zhì)的改變。 一般來說，緊急剎車的過程可以通過停止驅(qū)動系統(tǒng)的運行，這樣可以使輸送機在短的時間內(nèi)停止，并且，這樣不會損壞皮帶輸送機。 一臺長的陸上輸送機的典型的緊急剎車所需時間是 30 秒，也許時間對防止傷亡來說已經(jīng)足夠短了。 然而高速輸送機的大量能量（二次方地增加隨著傳送帶速度的增加)不得不通過制動系統(tǒng)來轉(zhuǎn)化，所以這要求消耗更多的時間。所以，萬一緊急狀態(tài)發(fā)生，傷亡的機會更大。因此對于高速輸送機適當增加安全防護設(shè)備是非常重要的。6 托輥的選擇高速皮帶輸送機托輥選擇的重要標準是托輥的直徑。 一般認為，與低速輸送機相比，高速輸送機的托輥的直徑將被增加，具體原因如下：? 低速旋轉(zhuǎn)托輥軸承可以應(yīng)用在滿足使用壽命的低速皮帶輸送機。 這暗示可以按著安全使用維護規(guī)程操作。托輥的直徑對托輥的性能有很重要的影響。它與傳送帶速度相同，依據(jù)滾柱軸承的旋轉(zhuǎn)確定。 另外可允許操作溫度限制滾柱軸承速度。低摩擦的軸承類型和相應(yīng)的低熱的軸承最適用于高速輸送機的操作。 當受純徑向載荷時深溝球軸10承可以滿足輸送機的最高的速度要求，當受到復(fù)合載荷時選用角接觸軸承。? 托輥提供的滾動摩擦抵抗力和制動的轉(zhuǎn)矩將隨著托輥直徑的增加而減小。增加托輥的直徑唯一缺點是托輥價格和托輥的慣性隨之增加。托輥軸承的壽命將隨著托輥軸承的旋轉(zhuǎn)速度(和傳送帶速度有關(guān))減少而增加。 軸承壽命與傳送帶速度成反比。它隨著載荷的增加成為第三力。 然而軸承壽命的限制因素，是潤滑脂的使用壽命而不是托輥的固有壽命。7 中轉(zhuǎn)站高速帶式輸送機的設(shè)計的一個重要方面是高效率的供料和卸料。這減小了輸送帶覆蓋層的磨損和穩(wěn)定了輸送物料的流動，在實際操作中高速輸送機將設(shè)計一個能對物料提供與輸送帶速度相同并且與傳送帶傳送方向相同的裝料裝置。為了完成加速輸送帶的安裝可以采用這個方法。 加速輸送帶可以使用低成本織品或固體編織物。 因而要考慮加速輸送帶和大塊粒狀物料之間的摩擦。 另高速傳送帶裝載的方法是使用一個利用重力的彎曲的滑道系統(tǒng)迫使粒狀材料在傳送帶上以極小速度在適當?shù)姆较蚵涞絺魉蛶?。目前，基于離散元素的設(shè)計方法(DEM)是可以模仿粒狀物料在傳送帶中轉(zhuǎn)站上的流動的 [12]。 這些方法的應(yīng)用使設(shè)計師可一依據(jù)粒狀物料的大小和物料流動的方向變化確定輸送帶速度的變化，也可以計算物料在滑槽和輸送帶上的力。并且可以優(yōu)化滑槽的設(shè)計安排使得傳送帶磨損達到最小，并且可以防止粒狀材料的分解。同樣，高速傳送帶放電也應(yīng)引起注意。 高速輸送帶鋼架的變形將11使輸送物料分解破碎，造成塵土和細化了材料。 一個一體化的接收滑道上的灰塵和細小物料特殊的收集貯倉或箱應(yīng)該被設(shè)計。8 結(jié)論本文探討了高速皮帶輸送機的設(shè)計。 基于上述討論可以總結(jié)如下：?給定輸送帶寬度，則輸送機的輸送量可以通過選擇符合要求的帶速來實現(xiàn)物料的流動率。 然而傳送帶速度選擇又受到實際應(yīng)用條件的限制。疏忽這些考慮將導(dǎo)致實際操作中出現(xiàn)問題，包括不穩(wěn)定運行和塵土量超標和高噪聲。?不容易確定輸送帶速度和能量消耗之間的關(guān)系，部分是因為滾筒受壓的復(fù)雜計算，其中很大一部分是滾筒的抵抗力，這也涉及到很多橡膠化合物黏彈特性的詳細的知識。另外輸送帶的速度選擇與具有庫侖摩擦力的各組件、鋼和托輥軸承都有很大的關(guān)系。并且這種抵抗力也發(fā)生在中轉(zhuǎn)站，特別是高速帶式輸送機大塊物料的加速裝載段，這個抵抗力作用的很明顯。?在輸送帶使用壽命允許的應(yīng)力循環(huán)周期內(nèi)，依據(jù)穩(wěn)定運行時輸送帶的張力和其他操作數(shù)據(jù)選擇的安全系數(shù)將能有效的防止對輸送帶的疲勞壽命估計不足或過高估計。?輸送機的速度對輸送機各組件像托輥，以及平曲線段和中轉(zhuǎn)站都有重要的影響。確切的說，動態(tài)設(shè)計可以設(shè)計出符合使用壽命和磨損特性要求的輸送機的組件和區(qū)段，包括托輥，輸送帶和槽形襯板。