大型下运带式输送机的设计

大型下运带式输送机的设计

中国华电工程（集团）有限公司

黄源红

华北电力大学能源与动力工程学院何青武建伟董大仟

摘要：研究ｒ基于ＣＥＭＡ标准的变坡下运带式输送机的分析理论和设计方法，对大型变坡下运带式输送机的各种驱动布置方式及其不同工况下的输送带张力的计算流程进行了分析讨论。算例分析表明，采用ＣＥＭＡ标准进行大型变坡下运带式输送机的设计，在确保安伞的前提下具有显著的经济性。

关键词：大型带式输送机；变坡下运；ＣＥＭＡ标准

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐａｐｅｒ

ｏｎ

ｃｏｖｅｒｓ

ｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｖａｒｉａｂｌｅｓｌｏｐｅ—ｄｏｗｎｂｅｌｔｃｏｎｖｅｙｏｒａｎｄｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄ，ｂａｓｅｄ

ｔｎｅ

ｃｏｎｖｅｙｏｒｅｑｍｐｍｅｎｔｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（ＣＥＭＡ）ｓｔａｎｄａｒｄ．Ａｎｄｉｔａｌｓｏａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ

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带式输送机根据被输送物料的提升高度分为上运和下运。上运带式输送机应用较多，相关研究比较深入，其设计理论与计算方法也较成熟，国内水平已与国际水平相当…。而下运带式输送机，由于应用较少，所以相关的研究也较少，特

安全现象发生，而随着变坡点的增多，带式输

送机的运行工况也越来越复杂，如何更为经济、安全可靠地设计变坡下运带式输送机成为亟待解决的问题。

本文依据美国ＣＥＭＡ标准，研究大型变坡下

运带式输送机的分析理论和设计方法，对变坡下运带式输送机的各种驱动布置方式及其不同工况

别是下运带式输送机易出现打滑、撒料、飞车等

事故，所以为安全起见，在选择输送方式时都尽可能避开下运输送方式，但是，随着带式输送机理论研究的发展及其在散状物料输送领域的应用推广和大力发展，在长距离、大运量运输系统设计中常常难以回避下运输送方式，特别是长距离、

下的输送带张力的设计计算进行讨论，详细分析

变坡下运带式输送机分段逐点计算方法，并进行实例计算、分析和比较，为变坡下运带式输送机

设计计算的流程化提供参考。

大运量、较大倾角的下运带式输送机，可较大幅

度地减少开采区的巷道工程量，降低基建费用和

１下运带式输送机侧形布置

在设计下运带式输送机时，驱动的多少可以根据阻力情况确定，而驱动布置方式的选择则应

缩短施工周期，发电运行时还可向电网输电，具

有较大的经济效益，是一种极具发展前途的节能

设备心］。因此迫切需要对下运带式输送机的设计理论和设计方法进行深入研究。

大型长距离带式输送机的下运输送线路常常受到地质条件的约束，不可能是理想的单坡度下运。因此，在研究下运带式输送机的设计理论和设计方法时，更具普遍适用意义的是研究变坡下运带式输送机。变坡下运时，物料重力产生的自身动力或是不平稳的启动加速力的作用，有可能引起输送机失控超速、打滑等一系列不

《起重运输机械》

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力求使输送带的张力达到最小。根据运行时输送

带的张力特点，往往将下运带式输送机的驱动装置布置在其尾部，必要时也可在空载段中间滚筒上布置驱动装置口Ｊ。变坡下运带式输送机侧形的典型布置如图１所示Ｈ１

２输送带张力计算

ＣＥＭＡ标准由美国输送设备制造商协会联合会编制发行。在ＣＥＭＡ标准中，有效张力ｔ为各个

一５一

炙＝静睨

（７）

霉叁晒

式中

卜物料提升高度，ｍ（上升时为正，下

降时为负）

７审『≥

菠瀑

（５）盘滚筒阻力弓｜趣豹张力冀、加速物料需

（”

（ｃ）

Ｖ

要的张力ｋ以及附属装鬣阻力引起的张力咒

图１下运带式输送机的典型侧形布鬟

所以，输送带的有效张力疋为

（ａ）荤驱动

（ｂ）双驱动

（ｃ）三驱动

咒＝邋（墨＋致睨＋０．０１５戳）＋

ｉｔ／，．（Ｌ峰＋Ⅳ）＋瓦＋ｚｋ＋７乙

（８）

运行阻力的总和，包括提升或下降物料的阻力、部件和所有附属装置的摩擦阻力、输送物料的摩

３变坡下运带式输送视运行张力及功率

擦阻力以及加速物料所需的力【５］，即

计算

ｔ＝互◆乙＋毛＋‰＋咒＋疋÷％＋瓦（１）

带式辕送机设计的核心是计算输送带局郄张

式中各分量及其计算公式如下：

力和有效张力。输送带的局部张力簧满足垂度条（１）出上托辊和下托辊的摩擦阻力露Ｉ起的张

件和最大负荷条件，且驱动滚筒的松边张力也要

力ｔ

满是不抒漪条件。要确定驱动电视黪功率翻布置，

必须求出作用在传动滚筒处的有效驱动张力。

３．１计算工况

式中

卜输送机长发，毽

疋＝丛，Ｋｔ

（２）

驱动电撬功率的设计要按照输送橇各种工嚣

镌——用于计算托辊的摩擦阻力和输送带

下可能出现的最大功率消耗为依据来适当选择驱与托辊阅的滑动阻力的系数，Ｎ／ｍ动电机的规格和型号。对于变坡下运带式输送机

鼍——环境温度校正系数

的驱动功率设计，通常要瓣３静工况予滋详缨酶

（２）输送带越过托辊时由输送带挠曲阻力引计算分析。

起的张力％

（１）满载运行

ｔｂ＝ｒ，ｏ＋疋

（３）

正常满载运行时，输送带承载段各部分都达

到额定负荷，系统处于最困难工况，下运带式输

式中Ｌ。——输送带越过上托辊时由输送带挠曲

送机的驱动电机处于发电运行状态。因此，必须阻力零｜起的张力

对满载运行工溅下的输送带张力和输送功耗进行

瓦。＝豚，耽墨

（４）

详细计算，以确定驱动电机的功率。

￡，——输送带越过下托辊时毒输送带挠馥

（２）空载运行

阻力引越的张力

露常空载运行时，输送带各段都无载蒋，下运带式输送机的驱动电机处于电动运行状态。一

叉＝￡×０。０１５既Ｋ（５）

般情况下，此种工况不是最困难工况。

致——用于计算输送带和负荷越过托辊时

（３）超载运行

的综合挠曲阻力系数

设计时要考虑到输送机系统应该有一定缃过

职——单位长度输送带履整，ｋｇ／ｍ载能力。一般要求输送带上的物料超过额定载荷（３）物料随输送带越过托辊时由物料挠曲阻

１０％时系统仍能正常运行。同榉，在该工况下下力引起的张力瓦。

运带式输送机系统的驱动电机也处于发电运行状

乙＝ＬＫｙ觋

态，与满载运行工况樱比，情况更为恶劣。

（６）

３．２有效张力的计算

式中

睨——输送带上单位长度物料质量，ｋｇ／ｍ

变坡下运带式输送机一般具有复杂的变坡侧（４）提升程下降受荷所需的张力气

形，各坡段的参数不尽相团，其托辊摩擦阻力系

——６——

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数疋以及输送带和物料越过托辊时的挠曲力系数

力以、滚筒摩擦阻力ｔ（通常在回程段）以及附Ｋ均在变化，所以，采用传统的统一等效坡度和属阻力Ｆ。等。考虑到最小张力点处于头部附近的

载荷的简化计算方法缺乏足够的精度。对此，应

概率较大，为了避免反复计算的烦琐，最好将头将整个输送带细分成若干段之后先进行逐点逐段

部作为初算点，沿承载和回程２个方向逐点计算的局部张力计算，同时计算总的运行阻力。分段

至驱动两侧。为了说明方便，以按尾部点起始的的原则是尽量使每个分段的特性参数一致。在设

顺时针方向计算为例。

计计算中优先采用的是从承载段机尾开始至头部，（１）２点之间提升物料产生的阻力Ｆ。

后从回程段至尾部的顺时针分段，计算则是从机头开始沿着承载段和回程段分别计算至驱动的两

Ｆ。＝册二

（１０）

侧，求得驱动的松紧边张力。

（２）２点之间提升胶带产生的阻力凡

以满载工况下的双驱动下运带式输送机为例，Ｆｂ＝ＨＷｂ

（１１）

此时的输送机系统往往处于发电状态。如图２所示，从机尾开始循环编号，分段总数为Ⅳ，每段的（３）２点之间托辊摩擦阻力毋段首记为ｉ，该点的张力记为正，该段的长度记为２点在承载段

厶，净标高差（即提升高度）记为皿，该段的阻

Ｆｆ＝Ｌ［Ｋ（Ｋ＋Ｃ，Ｋ，Ｗｂ）＋Ｃ，墨睨］

（１２）

力则记为Ｅ。正ｎ疋。分别代表第ｎ个驱动的紧边

２点在回程段

张力和松边张力。

下运变坡带式输送机的各点张力在整条输送Ｆｆ＝０．０１５Ｃ１眠耽

（１３）

带上不是线性单调变化的，最大工作张力和最小式中ｃ。——反馈下运带式输送机的摩擦阻力修

工作张力可能出现在承载段的任一点，但最小张正系数，通常在０．５～０．７之间，平

力点处于头部的概率最大，因此用满足垂度条件

均为０．６６［５］

的最小张力作为计算初值，在逐点计算的过程中

Ｋ和Ｋ——可由文献［５］查表得到

需要反复试算，不断修正，直到满足垂度条件。该方法适合计算机程序化，分段越多，结果越墨＝０．００６６６９（睨＋Ｗｍ）

‘

（１４）

精确。

（４）２点之间滚筒摩擦阻力只及附属阻力Ｆ。。

．

防止输送带下垂的最小张力的计算公式为

滚筒摩擦阻力，，及附属阻力Ｆ。，可由文献

ｋ＝Ｓ；（睨＋矾）ｇ／（８ｙ）

（９）

［５］查表得到对应值，再经摩擦阻力修正系数ｃ。修正得到，即若查得Ｆ．的值为ｍ，Ｆ。的值为ｎ，

式中Ｓ；——托辊间距，ｍ

则计算时取ｔ＝Ｃ。ｍ，凡＝Ｃ。ｎ。

ｒ—＿２个托辊之间的输送带的垂度，ｍ

综上，对第ｉ承载段，两端的张力关系为

正＋ｌ＝瓦＋，。＋凡＋毋＋，。

（１５）

该承载段的阻力为

Ｆｉ＝Ｆ。＋Ｆｂ＋Ｆｒ＋Ｆ。

（１６）

图２下运带式输送机的运行阻力、

对第Ｌ回程段，两端的张力关系为

局部张力及滚筒驱动力

ｔ＋１＝正＋Ｆｂ＋Ｆｆ＋Ｆ。＋凡

（１７）

因此，在逐点计算法初算时，令Ｔ１＝ｋ，则

该回程段的阻力为

ｉ＋１点的张力等于ｉ点的张力加上２点之问的总阻

力Ｅ。为方便起见，在以下讨论中省略标ｉ。第ｉ

Ｆｉ＝Ｆｂ＋Ｆｅ＋Ｆｒ＋Ｆ。

（、１８、）

段总阻力Ｆ主要包括该段提升物料产生的阻力Ｆｍ、所以，整个输送机胶带的有效张力咒与系统提升胶带产生的阻力Ｆ。、２点之间的托辊摩擦阻

的运行总阻力Ｆ相等，即为

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一７一

乏＝Ｆ＝∑以

（１９）

Ｉ＝ｌ

按照上述逐点计算法，可计算出正，及％。假设第ｌ驱动翻第２驱动凌率分酸她势ｚ；：恐，则第ｌ驱动力￡。和第２驱动力疋分别为

瓦ｌ＝咒：１／（ｚｌ＋彳２）（２０）

如＝Ｔ．ｚ２／（ｚｌ＋锄）（２１）

由此得到

疋ｌ＝Ｔ１ｌ—ｔｌ

（２２）置２＝吃＋如

（２３）

再验证不打滑条件，即要满足

乏。≥冗。‘志

１

（２４）

式中五——驱动滚筒儿与输送带的摩擦系数

壤——驱动滚筒ｉｔ／．的匿包角，ｒａｄ

若不满足条件，可增大摩擦系数或围包角，亦可令疋。增至满足不打滑条件的最小值如。，然后将全程各局部张力依次累燕乏。与是。的差馕。

上述处于发电状态的满载工况的张力计算中，

引人参数Ｃ。是为了避免冈过高的估计摩擦阻力而

使选择的电动视或制动器较小。裙反，谯处于电动状态下的空载工况张力计算中，则不能过小估

计阻力。因此，在空载工况的张力计算中，令睨

＝Ｇ，同时ｇ，取１，慧有

Ｋ＝０．００６６６９（形ｒｂ＋Ｗｍ）＋Ａ／Ｓｉ

（２５）

式孛鸯——单个托辊的转动阻力，Ｎ

超载１０％工况时，最小张力为

ｋ＝ｓ；（矾＋１．１矾）ｇ／（８ｙ）（２６）

因此，在３种工况的计算中，初算最小值都

应满足超载１０％时的窭度条件，即大于ｋ

３．３驱动电鞔功率计算

根据上述方法计算得到满载运行的有效张力％、空载运行的有效张力气和超载运行的有效张力气，剩输送机所需的最大驱动力等于３静运行

工况的有效张力中的最大值瓦一

乙＝ｍａｘ｛呢，气，气｝

（２７）

驱动输送机所需的最大功率为‘５】

＾一＝瓦一Ｖ

（２８）

一８一

式中卜带速，ｍ／ｓ

驱动电机的选取要根据下运带式输送机运行工况的不同进行分析，当输送机系统处于发电工

况时，鄹是一＜Ｏ酵，选取电机功率为

Ｐ。＝ｒ／ｇｈ。一

（２９）

式中

卜备用系数

理－一电枕的传动效率

嬲输送机系统处于电动工况时，即ｈｐ一＞０时，选取电视功率为

Ｐｏ＝Ｋｈ。。。／露

（３０）

选取驱动电机功率应黼有一定的储备，即安装

的所誊驱动电视盼瑰率总秘应太于计簿耩褥瑰窭。

下运带式输送机中起发电机作用的电动机通

常用来使输送机减速。因此，尽量将驱动滚筒布置在怒部，也就是高处。这翳布置也霹使输送枧的输送带张力最小。

４算例

某矿区主运输大巷固定带式输送机运距３００５

１１１，运量１

８００

ｔ／ｈ，提升高度一１７５ｍ，为典猁的

媒矿井１Ｆ长运距、大运量下运荣式输送祝，其德

形布鼢如图３所示，主要尺寸见表ｌ【６Ｊ。技术参数为：输送量１

８００

ｔ／ｈ，煤堆积密度０．９ｔ／ｍ３，物料

最大块度３００ｍｍ，煤安息焦５０。，带速３。１５ｍ／ｓ，

环境温度０～３５℃。

头聚Ｔｏ世荔１１呈；穿磷

瀚３菜矿酝爱坡下运带式输送税倒形带置舔

依据ＣＥＭＡ标准，按照本文的计算流程得到下述设计结果。

（１）输送带：选用１

２００

ｍｍ带宽的煤矿用阻

燃输送带，其单位长度质蛰４２．３６

ｋｇ／ｍ。

（２）托辊：托辊类型为ＣＥＭＡ—Ｅ６，单个托

辊的转动阻力为１２．５Ｎ”ｊ。承载段采用槽形托辊，

ｍ；回程段采用乎形托ｍ。

（３）采用胶面双滚筒驱动，驱动滚筒Ｉ、Ⅱ的围包角均为２０００。

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槽角３０。，托辊间距为１．２辊，托辊闻距为３

（４）输送带３种工况下的各点张力如图４所示。

（５）采用重锤式拉紧装置，张紧力为２５６

ｋＮ。

（６）驱动：空载、满载、超载１０％时计算所需的驱动力分别为７３．４

ｋＮ、一１７１．３

ｋＮ和一

１９１．４

ｋＮ（负号表明此时电机处于反馈运行方

式）。空载时，所需电机功率为

Ｐ。＝Ｋ瓦Ｖ／＇ｒｌ＝３６０ｋＷ

超载１０％时，所需电机功率为

Ｐ。＝ＫＴｅ物＝一５９７

ｋＷ

表１输送机各段尺寸

分段段长Ｌ／ｍ

垂高Ｈ／ｍ

①４３５—５６②４００—２８．４③３６０１８④４７０Ｏ⑤５１８—８２⑥６２Ｏ⑦２ｃｒ７—２７．１⑧

５４０

Ｏ

考虑到下运输送机为发电状态，选取备用能力更大螳，以利于平衡启动和防止系统超速，取功率配比为２：１，尾部驱动滚筒Ｉ为２Ｘ

２５０ｋＷ，

Ⅱ为２５０ｋＷ。

３３Ｚ２《２Ｒ１

畿ｌ

输送带Ｊ二的点

图４

３种工况下运行张力比较

１．空载２．满载３．超载

由图４可以看出，相对于空载，超载和满载时输送带承载段的张力要大许多，且最大张力点出现在１点，最小张力点出现在８点，符合发电状态的下运带式输送机的张力分布。

本文中计算所得最大功率仅为５９７ｋＷ，远小

于文献［６］中计算的最大功率８６３ｋＷ。这是因为文献［６］计算时采用的是所有下坡都满料，上

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坡和水平坡段都无料的最大发电工况，而这种情

况发生的概率是非常小的，因此计算结果必然偏大，从而造成较大的浪费。另外，引入摩擦阻力修正系数Ｃ，，充分考虑了反馈下运带式输送机设计时由于过高地估计摩擦力可能导致的电机功率设计不足的问题，因此本文的设计方法具有足够的安全性。综上所述，本文计算的电机功率较为

准确，既安全又经济。

５

结论

变坡下运带式输送机通常工作在发电状态，

大多为有反馈的带式输送机，即使很小的倾斜角

度，也有可能产生自身动力。输送带、负荷以及托

辊的摩擦都要吸收一部分动力，否则就要由电动机

和制动器来吸收这部分动力。因此不能过高估计摩

擦阻力，否则所需电机或制动器就可能太小。这就

是下运计算引入Ｃ，的主要原因。在计算的过程中，

会发现挠曲力系数Ｋ是一个随着各分段平均张力变化而不断修正的值，这使得计算的局部张力更为精

确，结果更为经济，但同时也增加了人工计算的难度，所以采用ＣＥＭＡ标准计算变坡下运带式输送机的局部张力和驱动功率时，更适宜计算机程序化，设计快捷的同时，计算结果也更为准确。

参考文献

１董大仟，何青，杜冬梅等．大型带式输送机系统设计．

起重运输机械，２００６（４）：２６—２９

２杨达文，鲍师云．常用带式输送机的现状．起蘑运输机

械，２００３（１）：４“

３宋伟刚．散状物料带式输送机设计．沈阳：东北大学出

版社，２０００

４北京起重运输机械研究所．ＤＴＩＩ（Ａ）型带式输送机设

计手册．北京：冶金工业出版社，２００３

５

Ｃｏｎｖｅｙｏｒ

ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ．Ｂｅｌｔ

ｅｎｇｉ－

ｎｅｅｒｉｎｇｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｆｃｏｎｖｅｙｏｒｅｑｕｉｐｍｅｎｔｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ鸽一

ｓｏｃｉａｔｉｏｎ，２００２

６王锡法．长距离变坡下运带式输送机的设计研究：［学

位论文］．西安：两安理工大学，２００５

作者：何青

地．址：北京市昌平区回龙观龙腾苑四区１８号楼４单元

５０２号

邮

编：１０２２０８

收稿日期：２００７—１１—０７

—９一