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输送带拉紧力的计算及拉紧装置的适用性分析
一、拉紧装置的类型

  常见的拉紧装置有螺旋拉紧装置、重力拉紧装置、固定绞车拉紧装置、自动拉紧装置等。

  1 螺旋拉紧装置。螺旋拉紧装置结构简单,拉紧行程太小,只适用于短距离输送机,一般机长小于80m时才选用,缺点是当胶带自行伸长后,不能自动拉紧。

  2 重力拉紧装置。重力拉紧装置是结构最简单,应用最广泛的一种拉紧装置。它是利用重锤来自动拉紧,由于重锤靠自重拉紧,所以它能保证拉紧力在各种工况下保持恒定不变,能自动补偿胶带的伸长。重力拉紧装置的特点是拉紧力不变,拉紧位移可变,它适用于固定式长距离运输机,优点是安全可靠性高,缺点是拉紧力不能调节,空间要求大,在空间受限制的地方,无法使用。

  3 固定绞车拉紧装置。固定绞车拉紧装置是利用小型绞车来拉紧,绞车一般用蜗轮蜗杆减速器带动卷筒来缠绕钢绳,从而拉紧胶带。这种拉紧装置的优点是体积小,拉力大,所以被广泛应用于井下带式输送机中。缺点是它只能根据所需要的拉紧力调定后产生固定的拉紧力,拉紧力不能自动调节,当绞车和控制系统出现问题时,对胶带机不能产生恒定的拉紧力或拉紧力失效,安全可靠性相对降低。

  4 自动拉紧装置。自动拉紧装置不但能根据主动滚筒的牵引力来自动调整拉紧力,而且还能补偿胶带的伸长。自动拉紧装置由电机、制动器、减速器、钢丝绳滚筒等组成,采用大拉力张紧装置张紧输送带,同时配备张力传感器,测定输送带的张力,当输送带张力发生变化,超过输送机正常运行的范围时,自动张紧装置迅速动作,调整输送带张力,保证输送机正常运行。自动张紧装置与自移机尾配合使用,可实现在输送机不停机的条件下,实现输送机机尾的移动和输送带的伸缩,大大提高了输送机的输送效率。自动绞车拉紧装置由压力传感器根据胶带输送机运行工况的需要自动控制拉紧力的大小,液压拉紧装置由液压站产生的液压力通过油缸对胶带机施加拉紧力,可根据胶带机运行工况的需要调节拉紧力的大小。

  二、输送机正常运行时拉紧力计算

  输送机在各点的张力是利用逐点计算法计算的。输送带上某一点的张力等于沿某一运动方向前一点的张力与这两点之间的运行阻力,用公式表示为:
Si=Si-1+W(i-l)~i(1)
式中:Si-1、Si—分别为输送机上前后两点的张力;
W(i-l)~i—前后两点之间的运行阻力。

  在计算输送带各点的张力时,通常从最小张力点开始,同时输送带最小张力要满足两个条件:
  (1)满足摩擦牵引力的张力关系,即满足皮带在滚筒上不打滑条件:
Sy=Sl1+eμa-1 n(2)
式中:Sy—输送带与驱动滚筒相遇点的张力,N;
Sl—输送带与驱动滚筒分离点的张力,N;
μ—输送带与驱动滚筒间的摩擦系数;
α—输送带的围包角,rad;
n—摩擦备用系数,取1.15-1.20。
  (2)满足输送带垂度的要求,即:
Smin=(q+qd)l2ggcosβ8ymax(3)
式中:Smin—输送带在重段的最小张力,N;
lg—重段托辊间距,m;
ymax—输送带最大允许挠度,一般ymax=0.025lg;
q—单位长输送带上装运物料量;
qd—输送带单位长的质量;
β—输送机的工作倾角。
  利用上述两个条件,以(1)和(3)式中求得的最小张力的大者为输送机的最小张力值,并按照式(3)求出各个点的张力值。根据算出的各点张力可以得到输送机正常运行时的张紧力。张紧力等于输送带在张紧滚筒两端的张力之和,即:
F=Si-1+si(4)
式中:F—拉紧装置的拉紧力,N;
Si-1—输送带在拉紧滚筒相遇点的张力,N;
si—输送带在拉紧滚筒分离点的张力,N。

  带式输送机所需的拉紧力,在起动、稳定运行和制动过程中是不同的。因此,计算拉紧力时,应按各种工况下输送带在驱动滚筒上都不打滑的条件计算,理想的拉紧装置应能根据输送机在不同工况下的要求自动调整拉紧力,这样,既可满足输送带在垂度和摩擦牵引力方面的要求,又可保证输送带不承受过大的张力。

  三、拉紧装置的适用性分析

  在对带式输送机的工艺布置中,确定合理的拉紧装置,是保证输送机正常运转、起动和制动时安全可靠、经济合理的必要前提。而各种拉紧装置的适用性是工程技术人员关心的重要问题之一。有关文献中根据带式输送机刚体动力学原理,对三种拉紧装置的特性进行了分析。如图所示,纵坐标为采用三种拉紧装置时胶带最大张力的比值,即FⅡmax/FⅠmax,FⅢmax/FⅠmax,其中,FⅠmax、FⅡmax、FⅢmax分别表示在自动、重锤和固定式拉紧装置情况下胶带的最大张力,横坐标为运输距离。从图中可得出如下结论:

  (1)水平运输β=0° 。在这种情况下,采用固定拉紧装置,胶带最大张力FⅢmax比自动式胶带最大张力FⅠmax大1.35倍,当L>l000m时,其倍数将达1.45,且无下降趋势;而采用重锤式拉紧装置,胶带最大张力FⅡmax比自动式胶带最大张力FⅠmax大1.12倍以上,比值FⅡmax/FⅠmax随胶带机长度的增加而增大,随着运量的增加,比值也将会略有增大。

  从经济方面看,如在水平运输且运距较大的情况下,采用固定拉紧装置与采用其它两种拉紧装置相比,前者很有可能使胶带强度乃至整个设备升级,如按胶带升高一级其价格上升80元/m计算,则1500m长的胶带机会因拉紧装置选择不当,造成仅胶带的一次性投资就多增加80元/m×1500×2=24万元对钢绳芯胶带而言 。故建议,在水平运输和运距较长的情况下,应采用自动式拉紧装置,而不采用固定拉紧装置,在运距较短的情况下,例如小于1000m,可采用重锤式拉紧装置。

  (2)向上运输(β>0°)。在此情况下,随着角度的增大,固定式拉紧装置胶带最大张力FⅢmax与自动式胶带最大张力FⅠmax及重锤式胶带最大张力FⅡmax的差值越来越小,当倾角大到一定程度时,采用固定式拉紧装置和重锤拉紧装置的效果都差不多。从图1还可以看出,固定式胶带最大张力与重锤式胶带最大张力相比,前者受倾角影响较大,后者受运距的影响较大。总之,在提升倾角较大时β>10° ,推荐采用重锤拉紧装置。

  (3)向下运输(β<0°)。在下运且电动机处于发电运行时,FⅡmax与FⅠmax的比值介于l-1.1之间,并随着运距和倾角的增大呈现减小的趋势。对于FⅢmax与FⅠmax的比值,其值大于1.2,角度越小,其值越大,但和运距关系不太大。当运量变大时,无论FⅡmax/FⅠmax,FⅢmax/FⅠmax都呈略微减小的趋势。而当下运但电动机处于电动运行时,其情况与水平运输的情况基本相似。

  这样,在下运且发电运行时,推荐采用重锤拉紧装置而在下运且处于电动运行时,推荐采用自动拉紧装置,而最好不用另外两种拉紧装置。

  四、结论

  (1)胶带机的牵引力受胶带机的运输路线长度、倾角、货载等因素的影响,在选择拉紧装置时要根据胶带机工作状况合理计算。

  (2)合理选择胶带机拉紧位置有利于延长胶带的寿命,降低胶带机启动和制动过程的冲击和振动,提高稳定性。

  (3)当带式输送机上有物料时调张力比无物料时调张力,动载荷要大,即动载荷与货载情况有关。

  (4)当采用头部拉紧装置时,在其他条件不变的情况下,比采用尾部拉紧装置的动载荷大。



 
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