高速带式输送机的设计-中文翻译

1中文翻译：高速带式输送机的设计G. Lodew jks，荷兰摘要本文主要探讨高速带式输送机设计方面的问题。带式输送机的输送量取决于输送带的速度、传送带宽度和托辊槽形角。 然而输送带速度的选择又受到各种实际条件的限制，在本文有这方面的讨论。 输送带速度也影响传送带的性能，例如它的能源消耗和它连续运行的稳定性。 一种计算输送带的能源消耗的方法就是通过考虑运输过程中的各种能量损耗来进行估算的。 输送带速度的不同使得安全系数的要求也各不相同，这也影响输送带所要求的强度。一种新的计算输送带速度对安全系数的影响的方法在本文中被介绍。 最后，输送带速度的冲击对各组成部分的选择和对中转站设计的影响也在本文中被讨论。1 概述过去的研究已经证实使用窄带输送机的经济可行性，输送带的速度变快要求输送带的宽度随之变宽，低速输送机适于长距离输送。 例如图1 - 5。 现在，传送带以 8 m/s 的速度运行是没有问题的。 无论怎样，输送带速度在 10m/s 到 20 m/s 在技术上是 (动态地)可行的，并且也许在经济上也是可行的。本文将输送带速度在 10 和 20 m/s 之间的定义为高速。输送带速度在 10m/s 之下的定义为低速。使用高速输送带的目的并不在于它本身。 如果使用高速输送带不是经济上有利，或则，如果安全和可靠的操作没有保证的，那么就应该选择低速输送带。输送带速度的选择是总的设计过程的一部分。 静态或稳定的设计方法决定了带式输送机的优化设计。 在这些设计方法中输送带被认为2是刚性的，静止的。 这增加了输送机稳定运行的质量和也决定了带式输送机各零部件的尺寸。 稳定操作包括传送带稳定运行时的张力、相对各种物料载荷的能量消耗和相关的工作环境情况。 应该体会到找到最优的设计不是一次性的努力，而是一个反复的过程 6。本文主要讨论高速输送机的设计，特别是使用高速输送带对输送带在能源消耗和安全系数要求方面的影响。 使用高速输送带也要求输送机的各零部件有高可靠性，例如托辊组应达到所要求的使用寿命。 高速带式输送机设计的另一个重要方面是高效率的装料和卸载的合理安排。这些方面在本文中将被简单地讨论。2 带速2.1 传送带速度选择整体皮带输送机的最低成本在传送带宽度 0.6 到 1.0 m 的系列范围内 2。 所要求的输送量可以在这个传送带宽度范围中选择和也可以选择符合输送量要求的任何必要的输送带速度。 例子显示了传送带速度和传送带宽度的组合所达到的具体输送机的输送量。 在本例中假设，物料的容积密度是 850 kg/m3 (煤炭)，并且槽形托辊的槽角和附加角分别为 35 和 20 。然而传送带速度选择又被实际工作环境限制。 第一个方面是传送带的可成槽性，在例子没有给出与输送带强度(规定值)的联系，这部分取决于输送机的长度和海拔。 为使送带的可成槽性被保证必须选择传送带宽度和强度。 如果输送带没有充足的可成槽性就不会有适当地运行轨迹。 这导致传送带连续运行的不稳定，特别是高速传送带，这是不允许的。 通常，传送带制造者期待输送机空载时，40%传送带宽度上进行着直线运行，并且与承载托辊的正常接触。3第二方面是空气在传送带上相对疏松固体物料的速度（空气相对速度)。 如果相对空速超出某些极限后灰尘将产生重要影响。 这特别是对矿井产生了潜在问题影响，因为矿井为了通气存在向下气流。空速的相对极限取决于四周情况和粒状材料特征。第三个方面是带式输送机系统引起的噪声。 随着传送带速度的增加，噪声级别也通常增加。 在住宅区噪声级限于 65dB。 虽然噪声级受输送机的支持结构和输送机的覆盖层的设计的影响很大，这也是选择输送带速度的一个限制因素。2.2 输送带速度变化带式输送机系统的能量消耗随传送带速度的变化而变化，这将在第3 部分中论述。 为了节省能量，传送带速度应调整与供料点的粒状物料特性匹配。 如果传送带正在满载运行，那么它应该运行在高(设计)速度。 传送带速度可以在物质(容量)输入点进行调整。 这将维持传送带在带槽内的连续装填和在传送带的连续的粒状材料的装载。 传送带带槽在恒定的装填时产生一个最优的装货比率，并且每个输送物料单元被期望消耗能源量最低。 比较各种传送带速度不同的输送机能源消耗相差将近 10% 。3 能源消耗3.1 运输效率有很多方法比较运输效率。 第一种，也是广泛被运用的方法是比较等效摩擦因子，例如 DIN f 因素。 使用等效摩擦因子的好处是它可以看作是一条空载的传送带。 使用一个等效摩擦因子缺点是它不是单纯的效率数字。 它也考虑到传送带的质量，托辊的折算质量和被运输的材料的质量。 一个单纯的效率数字，仅考虑到被运输物料的4质量。第二个方法将比较运输费用，如 kw-hr 或 ton/km 或者$/ton/km。 使用运输费用的好处是这个数字因管理目的而广泛应用。 使用运输费用的缺点是它不直接地反映输送机系统的效率多数“单纯的”方法是比较运输中的损失因数 10。 运输损失因数是基于克服摩擦损失的推进力的要求和运输工作之间的比率而定的 (忽略驱动效率和功率损失或者粒状物料的上升/降低的要求)。 运输工作被定义为粒状材料被运输的数量和平均运输速度。 使用运输损耗因数的好处是他们可以与其他素，象卡车和火车。 缺点是运输损耗因数取决于材料的被运输的数量，暗示它不能认为是为一台空载的皮带输送机。3.2 滚筒抵抗力知道滚筒的抵抗力与传送带速度的关系对适当的选择传送带速度很重要。首先，滚筒的抵抗力取决于作用在传送带的上的垂直载荷，是传送带和粒状材料重量的总和。 如果在传送带的垂直面内装载因数减少 2那么滚筒抵抗力随之减少 2.52。 可以认为输送机的输送能力是随着传送带速度的增加而使大块物料装载随之减少。 所以，随着传送带速度的增加，滚筒的抵抗力会成比例减少。其次，滚筒的抵抗力取决于槽型托辊的大小。 如果滚筒直径因数增加 2 那么滚筒的抵抗力因数就会随之减少 1.58。 一般来说槽形托辊直径随着传送带速度的增加而增加，但也受到轴承必要的使用寿命的限制。 随着传送带速度的增加，滚筒的抵抗力会减少。第三，滚筒的抵抗力取决于传送带的覆盖层材料的黏弹性。 这些特性取决于变形率。 在它的转弯处的变形率取决于传送带覆盖层的变5形区域的大小(根据传送带和最大块度)和传送带速度。 一般来说滚筒的抵抗力随着变形率的增加而增加(围绕速度)，但仅是一个相对地小的量。第四，滚筒的抵抗力取决于传送带的覆盖层的厚度。 如果后覆盖层厚度增加因数 2 那么滚筒抵抗力随之增加因数 1.26。 随着传送带速度的增加，传送带覆盖层的磨损量也增量，则滚筒抵抗力也增加。应该体会滚筒抵抗力，虽然重要，不是唯一的速度依靠的阻力。例如槽形托辊的抵抗力取决于垂直的装载和他们旋转的速度。 垂直的装载的作用，直接地取决于传送带速度，是主要方面。 旋转的速度的作用影响较小。 另一抵抗力的产生是由于疏松固体物料在输入点的加速度。 假设粒状材料直接落在传送带上，这抵抗随着传送带速度二次方地增加。特别是厂内的皮带输送机， 这力的影响很小。 3.3 橡胶化合物滚筒的抵抗力取决于传送带的覆盖层的黏弹特性，如前部分所述。 这暗示滚筒抵抗力可以通过选择今天在市场上可利用的一种特别的滚筒覆盖 (橡胶)化合物来减少。使用这种特别化合物将增加一个小的成本，但是这个成本可以通过使用一种正常耐磨的化合物作为覆盖层的上层覆盖的来限制。 这个情况要求充分地利用底部化合物的节能作用。滚筒的抵抗力的定量表征是这个滚筒抵抗显示为 tan/E 1/3，其中棕褐色是损耗角和 E 化合物的存贮模数。 合理的滚筒抵抗力表现的化合物显示在 0.1 以下。 图 1 显示典型的介质对优良橡胶的显示。在这个图中也能被看出：一种具体橡胶化合物的选择在一定的工作环境温度下对皮带输送机能源消耗的影响， 。必须做出一个评论(警告)。如果仅一位传送带制造商提供这个输送带，这种低滚筒抵抗力化合物的特别传送带就不应被选择。 在那种情6况下，使用时，只要选择可以执行输送机系统要求与它的设计规格相符的传送带就可以。 选择这种输送带制造商超过一位，那么选择阻力上限被限制的输送带是更好的，花费的成本方面来说也是明智的， 图 1： 在某温度情况下滚筒在四种不同橡胶的抵抗显示4 安全因素的要求为了满足设计要求， DIN 22101， ISO 5048，和 CEMA 标准都提供传送带装载可允许的安全系数(SF)的极限。 二种类型的安全系数是可以区分的： 稳定连续运行时的安全系数和不稳定运行时的安全系数。 DIN 标准建议把安全系数作为约简因数。 DIN 22101 标准使用三个约简因数。 第一(r0)通常是指针对针输送带强度（接合)约简的疲劳因数。第二(r1)考虑传送带在转弯区域和皮带轮等产生的额外力。 三(r2)考虑在开始和停止期间，传送带产生的额外动态应力。 所需的极小的安全系数可以按下式进行计算：SF=1/(1-(r0+r1+r2) (1)DIN 标准也给三个约简因数的值。 例如，在“正常”工作状态下的钢丝绳传送带的值如下： r00.665， r10.15， r20.06，产生安全因素 SF8。依据 DIN 标准设计的长距离带式输送机系统设计是完全可以应用的。但主要缺点是传送带速度选择所依据的输送机系统操作的数据和传送带的真正的疲劳性质没有被考虑到。这些因素应该被考虑，为了达到传送带定制安全系数的要求，输送机系统操作的数据应该被考虑到。 随着装载周期的增加，因数 r1 和7r2 是独立于传送带的疲劳特性减少的。 假设，因数 r0 在 10,000 个载荷循环周期内随装载周期 log1O 线性地(传送带的发展随着皮带输送机发展的)从 0 到 0.665 减少 (DIN 标准的略计) ：r0= 0.166 log10(N) (N10.000) (2)式中 N 为载荷的循环次数。 超过 10,000 载荷次数周期 r0 增加。 现在假设，在设计的输送机的长度 10,000 m 之下，输送机一年工作5000 个小时，有 5 年的使用寿命。 载荷循环周期的总数可以用下式计算：N=(3600 V)/(2L)HY (3)式中 V 是输送带速度、L 输送机长度， H 每年工作的小时的数和 Y是预计工作年限。因数 ro 的减少值可以用式(2) 确定，并且载荷循环周期在图 1 已给定。 结果如图 3 显示。图 3：给定例子的 DIN 22101 标准中 r0带式输送机的安全系数可以根据公式（1）和图 2 确定，结果如图4 所示。图 4 ： 所举的例子所需安全因素的极小值从图 4 可以知道要保证以 2 m/s 速度稳定运行的输送机的设计所需的最小的安全系数约为 7.5，在传送带运行速度为 20 m/s.安全系数扩大为 10。在安全系数允许范围内考虑输送带的速度可以有效的防止高8速设计时估价过低和低速设计时估计过高(也取决于输送机系统的长度)。以上给定的图表和数据仅说明这个过程。 这个过程可以通过考虑被测量的传送带拉伸运载的各组件(钢绳子或织品)和橡胶的疲劳特性的优化而被改善，还需要考虑传送带的实际载荷循环周期(空载，满载，稳定运行，开始和停止，夏天和冬天工作环境等)。5 皮带输送机动力学实质上皮带输送机的动力学性能不随着传送带速度改变。 然而，随着传送带速度的增加动力学的变化率增加，这也导致传送带连续运行稳定性的降低。 本文不打算充分谈论皮带输送机动力学。 在参考文献7中这个题目被广泛地讨论。 无论怎样，关于高速输送机的动力学的一些注释在这里需要提到。当二个托辊组之间的传送带被一个托辊碾压或在临近固托辊的固有频率运行时将产生振动，这将引起共鸣现象的发生。 共鸣产生将增加的滚筒轴承的磨损和使得传送带能量消耗的增加，随着横向振动振幅的增加，输送带引起颤动，所以必须避免共振。 在高速传送机系统中共鸣的作用将对输送机的结构产生很大的破坏，例如共振将引起输送带速度的降低、毁坏以及轴承的磨损。因此设计皮带输送机时，应该避免共振的，并且要最大的利用现有的静态设计方法，以便最经济的设计带式输送机。高速输送机的输送带的运行轨迹必须良好。如果传送带没有合适的运行轨迹输送带将会随着传送带速度的增加而跑偏，输送带向旁边位移和向旁边位移率随着速度的增加而增 2.1 部分。 并且传送带制造商应尽最大的努力做平直的传送带和制造更好的输送带接头。 另外，制作长距离的传送带会减少接头的数量而增加输送带平直性。9对于水平运输的传送带曲线设计部分可以做出相似的结论。 随着托辊改变的传送带的位置的变化主要依赖于由于装货程度引起的皮带张力变化。在(被中止的)起飞和(紧急状态)停止时，特别是在大张力变化期间传送带将向侧面发生移动。 随着传送带速度的增加，皮带张力在开始和停止的期间的变化将增加。利用低速输送机静态设计方法可以确定最大的边位移。 然而对于高速的输送机，动态设计方法能符合要求的准确地估算边位移。除了开始和停止将花费更多时间外，正常操作的开始的和停止的过程不会对高速输送机造成改变， 。 然而紧急刹车操作将会产生本质的改变。 一般来说，紧急刹车的过程可以通过停止驱动系统的运行，这样可以使输送机在短的时间内停止，并且，这样不会损坏皮带输送机。 一台长的陆上输送机的典型的紧急刹车所需时间是 30 秒，也许时间对防止伤亡来说已经足够短了。 然而高速输送机的大量能量（二次方地增加随着传送带速度的增加)不得不通过制动系统来转化，所以这要求消耗更多的时间。所以，万一紧急状态发生，伤亡的机会更大。因此对于高速输送机适当增加安全防护设备是非常重要的。6 托辊的选择高速皮带输送机托辊选择的重要标准是托辊的直径。 一般认为，与低速输送机相比，高速输送机的托辊的直径将被增加，具体原因如下： 低速旋转托辊轴承可以应用在满足使用寿命的低速皮带输送机。 这暗示可以按着安全使用维护规程操作。托辊的直径对托辊的性能有很重要的影响。它与传送带速度相同，依据滚柱轴承的旋转确定。 另外可允许操作温度限制滚柱轴承速度。低摩擦的轴承类型和相应的低热的轴承最适用于高速输送机的操作。 当受纯径向载荷时深沟球轴10承可以满足输送机的最高的速度要求，当受到复合载荷时选用角接触轴承。 托辊提供的滚动摩擦抵抗力和制动的转矩将随着托辊直径的增加而减小。增加托辊的直径唯一缺点是托辊价格和托辊的惯性随之增加。托辊轴承的寿命将随着托辊轴承的旋转速度(和传送带速度有关)减少而增加。 轴承寿命与传送带速度成反比。它随着载荷的增加成为第三力。 然而轴承寿命的限制因素，是润滑脂的使用寿命而不是托辊的固有寿命。7 中转站高速带式输送机的设计的一个重要方面是高效率的供料和卸料。这减小了输送带覆盖层的磨损和稳定了输送物料的流动，在实际操作中高速输送机将设计一个能对物料提供与输送带速度相同并且与传送带传送方向相同的装料装置。为了完成加速输送带的安装可以采用这个方法。 加速输送带可以使用低成本织品或固体编织物。 因而要考虑加速输送带和大块粒状物料之间的摩擦。 另高速传送带装载的方法是使用一个利用重力的弯曲的滑道系统迫使粒状材料在传送带上以极小速度在适当的方向落到传送带上。目前，基于离散元素的设计方法(DEM)是可以模仿粒状物料在传送带中转站上的流动的 12。 这些方法的应用使设计师可一依据粒状物料的大小和物料流动的方向变化确定输送带速度的变化，也可以计算物料在滑槽和输送带上的力。并且可以优化滑槽的设计安排使得传送带磨损达到最小，并且可以防止粒状材料的分解。同样，高速传送带放电也应引起注意。 高速输送带钢架的变形将11使输送物料分解破碎，造成尘土和细化了材料。 一个一体化的接收滑道上的灰尘和细小物料特殊的收集贮仓或箱应该被设计。8 结论本文探讨了高速皮带输送机的设计。 基于上述讨论可以总结如下：给定输送带宽度，则输送机的输送量可以通过选择符合要求的带速来实现物料的流动率。 然而传送带速度选择又受到实际应用条件的限制。疏忽这些考虑将导致实际操作中出现问题，包括不稳定运行和尘土量超标和高噪声。不容易确定输送带速度和能量消耗之间的关系，部分是因为滚筒受压的复杂计算，其中很大一部分是滚筒的抵抗力，这也涉及到很多橡胶化合物黏弹特性的详细的知识。另外输送带的速度选择与具有库仑摩擦力的各组件、钢和托辊轴承都有很大的关系。并且这种抵抗力也发生在中转站，特别是高速带式输送机大块物料的加速装载段，这个抵抗力作用的很明显。在输送带使用寿命允许的应力循环周期内，依据稳定运行时输送带的张力和其他操作数据选择的安全系数将能有效的防止对输送带的疲劳寿命估计不足或过高估计。输送机的速度对输送机各组件像托辊，以及平曲线段和中转站都有重要的影响。确切的说，动态设计可以设计出符合使用寿命和磨损特性要求的输送机的组件和区段，包括托辊，输送带和槽形衬板。