李江峰，王 堅(jiān)，李天宇

（1.陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán) 華越機(jī)械有限公司，山西 陽(yáng)泉 045000；2.華電重工股份有限公司，北京 100044）

0 引言

張緊裝置是帶式輸送機(jī)不可或缺的重要組成部分，隨著其應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，從傳統(tǒng)的純機(jī)械張緊到張緊力半自動(dòng)可調(diào)，發(fā)展到張緊力完全自動(dòng)可調(diào)。對(duì)于中、短距離的帶式輸送機(jī)采用傳統(tǒng)的張緊裝置即可，而對(duì)于長(zhǎng)距離、大運(yùn)量帶式輸送機(jī)傳統(tǒng)張緊裝置已經(jīng)無(wú)法滿足其正常運(yùn)行的要求。因此，研究開(kāi)發(fā)出一種滿足輸送機(jī)穩(wěn)、動(dòng)態(tài)運(yùn)行工況要求，具有較高安全性與可靠性的新型自動(dòng)張緊系統(tǒng)以適應(yīng)帶式輸送機(jī)發(fā)展的需求是非常必要的。

1 帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行時(shí)張緊力的分析

帶式輸送機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)行工況下，通過(guò)逐點(diǎn)張力法確定輸送帶各特性點(diǎn)的張力。首先確定整個(gè)輸送系統(tǒng)傳動(dòng)滾筒奔離點(diǎn)松邊張力。為保證整個(gè)輸送系統(tǒng)的正常運(yùn)行，傳動(dòng)滾筒松邊張力S松為：

其中：F U為驅(qū)動(dòng)滾筒上的牽引力；μ為輸送帶與傳動(dòng)滾筒之間的模擬摩擦系數(shù)；αN為輸送帶與傳動(dòng)滾筒的滑動(dòng)圍包角，rad。

輸送帶張力不僅要滿足傳動(dòng)滾筒不打滑條件，而且還要滿足輸送帶在兩托輥之間懸垂度的要求，為了使輸送機(jī)平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，輸送帶在兩托輥之間的懸垂度不應(yīng)超過(guò)限定值。滿足懸垂度條件的輸送帶最小張力Fmin計(jì)算如下 ：

其中：a0為承載上托輥間距（最小張力處）；q B為每米長(zhǎng)度輸送帶質(zhì)量，kg／m；q G為每米長(zhǎng)度輸送物料質(zhì)量，kg／m；h r為允許最大下垂度，一般h r≤0.01；a u為回程下托輥間距（最小張力處）；g為重力加速度。

傳動(dòng)滾筒奔離點(diǎn)張力（松邊張力）由輸送帶不打滑條件和輸送帶在兩托輥間的懸垂度共同決定，當(dāng)傳動(dòng)滾筒松邊張力確定以后，根據(jù)逐點(diǎn)張力計(jì)算法就可以求出整個(gè)輸送系統(tǒng)各特性點(diǎn)的張力。由計(jì)算出的輸送帶各特性點(diǎn)張力就能求得輸送機(jī)正常運(yùn)行時(shí)所需要的張緊力P0：

其中：Szy為張緊滾筒相遇點(diǎn)輸送帶的張力，N；Szf為張緊滾筒分離點(diǎn)輸送帶的張力，N。

2 帶式輸送機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中張緊力的分析

帶式輸送機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中，由于速度不斷變化，輸送帶除受到靜張力的作用外，還受到附加動(dòng)張力的影響。因此，在啟動(dòng)工況下運(yùn)行，需增加輸送帶驅(qū)動(dòng)牽引力以平衡動(dòng)張力。建立的輸送系統(tǒng)啟動(dòng)工況下的力學(xué)模型為：

其中：W0為系統(tǒng)的靜態(tài)運(yùn)行阻力，N；∑m為輸送系統(tǒng)的總變位質(zhì)量，kg；a s為系統(tǒng)的啟動(dòng)加速度，m／s2。

在啟動(dòng)工況時(shí)，松邊張力S′松為：

在啟動(dòng)過(guò)程中，輸送帶與驅(qū)動(dòng)滾筒的滑動(dòng)圍包角αN增大，并且很有可能超過(guò)輸送機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)所要求的最大滑動(dòng)角α′N，但其作用時(shí)間與輸送機(jī)整個(gè)工作周期相比是非常短暫的。也就是說(shuō)允許短期內(nèi)滑動(dòng)圍包角αN有所增大，但是不允許超過(guò)圍包角α，需要留一定的安全系數(shù)?；瑒?dòng)圍包角增大自然會(huì)使輸送系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)力增大，但是由于滑動(dòng)圍包角增大有一定的范圍限制，因此，若要繼續(xù)增大輸送系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)力就需要增大輸送帶松邊張力S′松。

通常情況下，把輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力與穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)驅(qū)動(dòng)力的比值稱為啟動(dòng)系數(shù)，即：

其中：F′U為輸送機(jī)啟動(dòng)工況下的驅(qū)動(dòng)力，N；λ′、λ分別為輸送機(jī)啟動(dòng)和正常運(yùn)行工況下的安全系數(shù)。

式（7）反映了輸送帶松邊張力比與啟動(dòng)系數(shù)的關(guān)系，根據(jù)不同的啟動(dòng)和正常運(yùn)行時(shí)的摩擦牽引力備用系數(shù)，可以得到輸送機(jī)張緊系統(tǒng)的張緊力比值。一般情況下，自動(dòng)張緊系統(tǒng)所能提供的啟動(dòng)時(shí)的張緊力應(yīng)該是正常運(yùn)行時(shí)張緊力的1.4倍～1.8倍。

3 帶式輸送機(jī)制動(dòng)過(guò)程中張緊力的分析

在輸送機(jī)制動(dòng)過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)不再向驅(qū)動(dòng)滾筒輸出扭矩，輸送帶在驅(qū)動(dòng)滾筒上產(chǎn)生了與運(yùn)動(dòng)方向相反的彈性滑動(dòng)，由于慣性力的存在會(huì)使輸送帶緊邊張力S緊減小，松邊張力S松增大，此時(shí)驅(qū)動(dòng)滾筒上會(huì)產(chǎn)生由摩擦傳遞的制動(dòng)力F z：

由于摩擦傳動(dòng)仍然滿足歐拉公式，因此有：

在輸送機(jī)制動(dòng)時(shí)輸送帶的力平衡方程為：

其中：a F為輸送機(jī)制動(dòng)時(shí)制動(dòng)減速度，m／s2。

綜合式（9）、式（10）得：

由式（11）可知，松邊張力S松與制動(dòng)減速度a F有關(guān)，若a F增大，則松邊張力值S松也相應(yīng)調(diào)高，輸送機(jī)會(huì)很快停止運(yùn)行，但過(guò)大的輸送帶張力會(huì)引起斷帶事故的發(fā)生。

帶式輸送機(jī)在制動(dòng)工況下，驅(qū)動(dòng)滾筒的摩擦牽引力減小，其制動(dòng)慣性阻力方向正好與啟動(dòng)慣性阻力相反。在輸送機(jī)停止工作以后，為延長(zhǎng)其使用壽命，只需提供較低張力。因此，在制動(dòng)工況下，張緊裝置所提供的張緊力要小于正常運(yùn)行時(shí)的張緊力，一般為正常運(yùn)行工況下的0.9倍左右。

4 帶式輸送機(jī)張緊行程的確定

在確定帶式輸送機(jī)的張緊行程時(shí)需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：①須留有足夠的長(zhǎng)度來(lái)滿足輸送帶進(jìn)行接頭的需要；②補(bǔ)償輸送帶塑性變形引起的永久性伸長(zhǎng)的行程；③補(bǔ)償輸送帶彈性伸長(zhǎng)的行程。

輸送機(jī)在不同的運(yùn)行工況下輸送帶的彈性伸長(zhǎng)是不同的，一般情況下，輸送機(jī)在啟動(dòng)和正常運(yùn)行時(shí)的張緊行程比停機(jī)時(shí)要大。計(jì)算張緊行程的方法有基于逐點(diǎn)張力的計(jì)算方法和基于動(dòng)態(tài)分析的計(jì)算方法?；谥瘘c(diǎn)張力的計(jì)算方法是通過(guò)輸送機(jī)在各種工況下對(duì)輸送帶最小張力的要求，計(jì)算出相應(yīng)工況下輸送帶的各特性點(diǎn)張力和彈性變形量，進(jìn)而得出輸送帶在各種工況下的彈性伸長(zhǎng)行程。

任何通過(guò)逐點(diǎn)張力計(jì)算法得到的輸送帶各特性點(diǎn)張力都可以表示為圖1所示的曲線。圖1中，i、i＋1為輸送帶上張力變化的兩個(gè)臨近點(diǎn)，各點(diǎn)張力分別表示為Si、Si＋1，在i到i＋1區(qū)間上輸送帶的長(zhǎng)度為L(zhǎng) i，在各區(qū)間上輸送帶的張力是呈線性變化的。

圖1 輸送帶的張力曲線

在區(qū)間［i，i＋1］上，輸送帶的能量U i為：

輸送帶的總能量U為：

輸送帶總的彈性伸長(zhǎng)量ΔL為：

其中：E為輸送帶的彈性模量；B為帶寬，m。

進(jìn)一步考慮輸送帶在兩托輥間懸垂度變化的影響，輸送帶總的彈性伸長(zhǎng)量為：

其中：δi為第i段的輸送段傾角；a i為第i段的托輥間距，m；L i為第i段的輸送帶長(zhǎng)度，m；q i為第i段的輸送帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量，當(dāng)有載時(shí)包括物料的單位長(zhǎng)度質(zhì)量，kg／m。

在實(shí)際的帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)中，應(yīng)用此方法計(jì)算輸送帶的彈性伸長(zhǎng)量比較麻煩，膠帶的彈性模量也難以確定，輸送帶的生產(chǎn)廠家一般也并未給出。因此一般采用一種近似的計(jì)算方法去確定輸送機(jī)的張緊行程，該方法在實(shí)際應(yīng)用中能夠滿足要求。帶式輸送機(jī)張緊裝置的總行程包括安裝行程l1和工作行程l2。

（1）安裝行程l1：安裝行程是根據(jù)輸送帶損壞重新接頭所需要的預(yù)留長(zhǎng)度和張緊裝置本身結(jié)構(gòu)尺寸所確定的。一般按下式計(jì)算：

其中：n為預(yù)做接頭個(gè)數(shù)；l f每個(gè)接頭的長(zhǎng)度；l a為張緊裝置本身的結(jié)構(gòu)尺寸。

（2）工作行程l2：工作行程主要指輸送機(jī)張緊滾筒的位移，它與輸送機(jī)所采用的啟、制動(dòng)方式以及輸送帶的類型等因素有關(guān)，可按下式計(jì)算：

其中：ε為輸送帶的伸長(zhǎng)率（永久伸長(zhǎng)率和彈性伸長(zhǎng)率），一般由廠家給出，帆布帶取0.01～0.015，尼龍帶取0.022～0.027，整芯帶取0.015～0.03，鋼絲繩芯帶取0.002 5；εl為輸送帶在兩托輥間的懸垂度，一般取0.001；L為輸送機(jī)長(zhǎng)度。

5 結(jié)論

本文分析了長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)在啟動(dòng)、制動(dòng)及穩(wěn)定運(yùn)行工況下輸送帶所需要的張緊力，并給出了帶式輸送機(jī)張緊行程的確定方法，對(duì)長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)進(jìn)行液壓自動(dòng)張緊裝置的設(shè)計(jì)或選型計(jì)算有一定的指導(dǎo)意義。

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