2014年第7期内蒙古石油化工43
张文广
(内蒙古呼和浩特市薛家湾镇神华准能公司氧化铝中试厂，内蒙古薛家湾010300)
摘要：本文从带式输送机结构出发，讨论了带式输送机备组成部件的选型设计与计算。
关键词：带式输送机；结构；部件选型原则；设计；计算
中图分类号：T D528文献标识码；A文章编号：1006--7981(2014)07一0043一05
1绪论
神华集团是我国最大的煤炭生产供应企业，带式输送机是煤炭生产中应用最广泛的设备。作为神华集团的一名员工，应该掌握带式输送机选型设计方面的相关知识，以便为企业作出更大的贡献。
为了适应高产高效集约化生产的需要，带式输送机的输送能力要加大。长距离、高带速、大运量、大功率是今后发展的必然趋势，也是高产高效矿井运输技术的发展方向。今后的输送量要提高到3000～4000t／h，
带速提高至4～6m／s，输送长度对于可伸缩带式输送机要达到3000m。对于钢绳芯强力带式输送机需加长至5000m以上，单机驱动功率要求达到1000～1500kW，输送带抗拉强度达到6000N／m m (钢绳芯)和2500N／m m(钢绳芯)。尤其是煤矿井下顺槽可伸缩输送技术的发展，随着高产高效工作面的出现及煤炭科技的不断发展，原有的可伸缩带式输送机，无论是主参数，还是运行性能都难以适应高产高效工作面的要求，煤矿现场急需主参数更大、技术更先进、性能更可靠的长距离、大运量、大功率顺槽可伸缩带式输送机，以提高我国带式输送机的技术水平。
皮带式输送机最重要以及不可或缺的重要原件，是皮带、驱动轮轴、张力轮轴、连轴器、减速机，透过减速机把马达转速降至我们所需要的转速，透过连轴器连接驱动轮轴以及减速机，带动皮带运转，张力轮轴压一力於皮上使其紧绷，可以输送物料。皮带式输送机它能够被称为输送机中的王者，是因为它除了包括了所有输送机的优点之外还可以容忍间歇性1．25倍的过载，又不受轴间距离影响。现今的走向是朝由电脑控制的自动化工程，所以皮带式输送机的前途，就像是一盏明灯，照亮了一些须需要使用到简单式输送机的地方。带式输送机经过两个多世纪的发展，已被电力、冶金、煤炭、化工、矿山等各行各业广泛采用。特别是第二次工业革命带来了新材料、新技术的采用，使带式输送机的发展步入了一个新纪元。当4-，无论从输送量、运距、经济效益等各方面来衡量，它已经可以同火车、汽车运输相抗衡，成为三足鼎立局面，并成为各国争先发展的行业。它具有以下特点：①结构简单。带式输送机的结构由传动滚筒、改向滚筒、托辊或无辊式部件、驱动装置、输送带等几大件组成，仅有十多种部件．能
进行标准化生产，并可按需要进行组合装配、结构十分简单。②输送物料范围广泛。带式输送机的输送带具有抗磨、耐酸碱、耐油、阻燃等各种性能，并耐高、低温。可按需要进行制造，因而能输送各种散料、块料、化学品、生熟料和混凝土。③输送量大。运量可从每小时几公斤到几千吨，而且是连续不问断运送，这是火车、汽车运输望尘莫及的。④运距长。单机长度可达十几公里一条，在国外已十分普及．中间无需任何转载点。德国单机60km一条已经出现。越野的带式输送机常使用中间摩擦驱动方式，使输送长度不受输送带强度的限制。
2带式输送机的主要部件的设计
设计的原始数据和工作条件：输送物料为矿石．粒度0～60m m，矿石堆积密度p一20。；输送量Q一800t／h；工作环境温度正常，风尘不多；输送长度40000m m；倾角p一10。。
图1带式输送机总体结构简图
1．头部漏斗12．头架；3．头部清扫器；4．传动滚筒；5．安全保护装置16．输送带17．承载托辊；8．缓冲托辊；9．倒料槽；10．改向滚筒；11．拉紧装置112．尾架，13．空段清扫器114．回程托辊；15．中间架；16．电动机117．液力藕合器118．制动器}19．减速器I20．联轴器
通用带式输送机工作原理如图1所示。输送带6经头部传动滚筒4和尾部拉紧装置的滚筒10。形成一个无
极的环形封闭带。输送带上分支(有载分支)支承在槽型托辊(上托辊)7上．下分支(五载分支)支承在平托辊(下托辊)14上．拉紧装置给输送带以
收稿日期：2014一01—20
作者简介：张文广，男，50岁，准能公司副高级工程师，1988年毕业于阜新矿业学院矿山机械化专业．现在神华集团准能公司氧化铝中试厂担任技术管理工作。
44内蒙古石油化工2014年第7期
保证正常运转所需的张力。工作时，驱动滚筒通过摩
擦力驱动输送带运行，物料经装载装置加到输送带
上，随胶带一起运动到头部卸载装置卸出，利用专门
的卸载装置也可以在输送机中部任意点卸载。
2．1输送带的结构选择
2．1．1带速的确定
带速也是输送机的重要参数，带速的大小对带
式输送机的尺寸、自重、制造和工作的平稳性都有很
大影响。实践证明，带速很高的窄带，有时运行不够
平稳，容易跑偏，侧向摆动较大，所以窄带不宜采用
过高的速度。因此，设计带式输送机时，要从生产条
件和实际情况出发来选择带速。
表l带速推荐值m／s
物料种类
带yl B／m m
400～500650—8001000—12001400一1600
根据粒度为中小块度，估计带宽为600m m所以采用带速为V一2m／s。
2．1．2胶带宽度的选择
根据给定的生产率，求出物料断面积A，然后查表4出对应的带宽B。按输送机的倾角l a=10取C p一0．96，物料的最大断面积为：
A一——兰L
(
1
汽车传动带)
3
6
0B V C p、17一—双嚣‰_o．063(m3600962)
×1．8×2×．一7
式中：Q一输送量；
r矿石堆积密度；
V一带速；
C p一系数。
在满足原属生产率A的条件下的最小输送宽度：B≥√彘=√丽去‰乩343(m)(2)
式中：K一托辊断面系数，由表2’
V一带速；
C，一倾角系数，由3。
表2货载断面系数表
按物料粒嚏校核带宽：
B≥2出t-200=2×60+200—320(m m)(3)式中：d～一圾大运输粒度；选用带宽为600m m，i一4的普通胶带。
表瑚形托辊组上的物料最大堆积截面积A／rf l2
00．02790．03440．04020．04540．50000．0540
100．04050．04660．05180．05640．06030．0636
200．05350．05910．06380．06780．07100．0736
300．06710．07220．07630．07980．08220．0840
00．04780．05820．06770．07630．08380．898
l O0．06740．07710．08570．09330．9980．105
200．08760．09660．1040．1l l0．1160．120
30O．01090．1770．1240．129O．134O．136
2．2带式输送机驱动
驱动装置是输送机的动力装置，驱动装置作为一个机组，由电动机、减速器、联轴器、传动滚筒等组成，有倾斜段的带式输送机还设有制动器和停止器。驱动装置按驱动滚筒的数目分为：单滚筒驱动、和双滚筒驱动及多滚筒驱动。每个滚筒可配置一台或两台电动机。
2．2．1电机的选择
带式输送机的驱动装置常用鼠笼式电动机．它具有结构紧凑、工作可靠、线路实现自动化方便等优点。可是鼠笼式电动机与减速器之间采用刚性联轴器时，起动电流大，起动力矩无法控制，胶带产生动张力，引起胶带在滚筒上打滑．所以仅限于长度小于100～300m。驱动功率小于80～160km的输送机．电动机和减速器之间才能允许采用刚性联轴器。
电动机功率的计算：N—K—(S6--—S1)V f4)
1000r l‘‘1．2×(12439—6989)×2．…、
一————兀面瓦i页西矿—一一14．8L km)对于长期连续工作，载荷较稳定的机械。可根据电动机所需的功率Pd来选择而不必效验电动机的发热和启动力矩，选择时应使电动机的额定功率PN 稍大电动机的所需功率Pa。由上面计算可知电动机的所需功率为：Pa一14．8kW．所以我们根据表5选择电动机的同步转速为1500或1000r／r ai n．功率为18．5kW。
表5
2．2．2联轴器的选择
联轴器是用作轴与轴之间的联接．使它们一起回转并传递转矩，联轴器在工作中始终把两轴联在一起，只有在机器停车后拆开联轴器．才能把两轴分离。用联轴器联接的两个独立部件的轴，由于它们是分装在不同的部件上。同时在制造和安装过程中不可避免地存在着误差．两轴线一般不能严格地处于
2014年第7期张文广带式输送机设计浅谈
同一直线上。因而出现相对位置偏差。根据对各种位移偏差有无补偿能力。联轴器可以分为刚性的(无补偿能力)和挠性的(有补偿能力)两大类，挠性联轴器，又可按其是否具有传递工作载荷的弹性元件而分为有弹性元件和无弹性元件的两个类别，有弹性元件的挠性联轴器则具有缓冲减振的能力。新系列带式输送机功率在110kW以内的高速轴采用柱销联轴器或带制动轮的联轴器(配Y系列电动机)。2．2．3减速箱的选择
新系列Y D75型带式输送机和现代大型带式输送机除了采用平行出轴诚速箱以外．还采用垂直出轴减速箱。垂直出轴减速箱有整机结构紧凑、布置更加合理、降低工程造价等优点。综合本次设计的传动特点．本次设计所选用的减速器为圆柱齿轮减速器．采用二级圆柱齿轮减速器。其加工方便，效率高．成本较低。根据《机械设计实用手则》选用型号为Z Q250型减速器。型号为ZQ250型减速器的主要尺寸：高速轴轴径为38m m．外伸轴长60r am，低速轴轴径为55r am．外伸轴长82m m。
2．3滚筒的选择
驱动滚筒的表面型式有钢制光面滚筒和包胶滚筒等．钢制光面滚筒主要缺点是表面摩擦系数小．所以一般用在周围环境湿度小的短距离输送机上。包胶滚筒的主要优点是表面摩擦系数大．适合于环境湿度大、运距长的输送机．包胶滚筒按其表面形状客分为光面包胶滚筒、人字形沟槽包胶滚筒和菱形包胶滚筒。
2．3．1驱动滚筒
在带式输送机设计中．正确选择滚筒直径具有重要意义。由于滚筒的弯曲，胶带芯体疲劳的强度与滚筒的直径成反比，因此从胶带使用寿命这一点看，滚筒直径越大越有利。但是其他条件相同时。滚筒直径增大。将使它的质量以及整个驱动装置质量增大。因此，滚简直径只要不大于为确保正常使用条件允许的数值即可。
普通输送带各种帆布层数对应的滚筒直径见表6。
表6帆布层输送带用驱动滚筒直径
滚筒的长度要比输送带的宽度B大一些．一般取。
B，一B+(100～200)(5)一600+(100～200)一800r a m
为了使输送带绕经滚筒时能有自动对中的作用．可将滚筒表面制成腰鼓形，中部比两端凸起。但最小应大于4m m。
h一0．005B一0．005×800—4r am(6)
式中取h一5r am；B一滚筒宽度，m m。
为保证胶带在驱动滚筒上不打滑，其条件是：
S。。。≤S。e”一6989×1．94—13558(7)式中：S。岫一胶带在驱动滚筒绕入点的最大张力
(N)；
S。一胶带在驱动滚筒绕出点的张力(N)；
肛一胶带与滚筒间的摩擦系数；
a一胶带在驱动滚筒上的围包角(t ad)；
e一一驱动滚筒的附着系数。
对于一台带式输送机．它的牵引力究竟有多大．与那些参数有关以及如何提高其牵引能力．这是我们设计和生产实践中必须遇到的问题。在双滚筒驱动时．除了考虑总牵引力的大小还要考虑牵引力在两个驱动滚筒上的分配。
驱动装置所能传递的最大牵引力为：
P。。一S一一S。一S。(e”一1)(8)一6989×(1．94—1)一6569
有公式可以看出．提高驱动装置牵引力的办法是：①增加拉紧力(出拉力)。增加出拉力可以使胶带在驱动滚筒绕出点的张力增加。在运转中由于胶带伸长．张力减小．造成牵引力下降时．可以利用拉紧装置适当增加初张力。从而增大．提高牵引力。②增加围包角。单滚筒驱动时围包角可达；双滚筒驱动围包角可增大到。单滚筒驱动牵引力满足不了要求时．可采用双滚筒驱动。③增加摩擦系数肌采用人字形沟槽包胶驱动滚筒或菱形包胶驱动滚筒可使摩擦系数提高；另外滚筒表面在潮湿状态下工作．摩擦系数将降低，所以在带式输送机中．应尽量利用滚筒干燥状态表面，进行力的传递。有关研究结果表明：胶带与滚筒之间的单位压力，胶带弹性滑移速度、覆面胶和带芯的硬度等对摩擦系数也有影响。
滚筒直径与表面压力的关系：根据大量实验证明。驱动滚筒的摩擦系数与胶带和滚筒间的单位压力有关．在单位压力较大的区域内摩擦系数随着压力增大而减小．所以驱动滚筒的直径应按平均压力进行验算。
[P]-掣(9)
L‘一B D l7ca“
…
一
!!鱼丕!i!!一n
n，，
500×600×3．14×190×0．4
…。。
式中：[P]一胶带与滚筒之间的平均压力：对于织物芯胶带推荐不大于0．4N／r am；对于
钢绳芯带不大于0．7N／r am；
a一胶带在滚筒上的围包角(。)；
P一驱动滚筒牵引力(N)；
B一带宽(m m)；
D一驱动滚筒直径(r am)。
2．3．2改向滚筒
为了改变胶带的运动方向．需设置改向滚筒。改向滚筒有于平行或槽形带式输送机的无载分支上。改向滚筒直径一般取为：
D l一0．8D一0．8×500—400r am r101
D2—0．6D一0．6×500—300r am(11)式中：D。一尾部改向滚筒直径；
D：一其他改向滚筒直径；
D。一驱动滚筒直径。
2．4托辊和托辊组
支承托辊的作用是：支承输送带及带上的物料；减小带条的垂度，保证带条平稳运行；在有载分支形
46内蒙古石油化工2014年第7期
成槽型断面，可以增大运输量和防止物料向两侧撒漏。一台输送机托辊数量很多，托辊质量的好坏，对输送机的运行阻力、输送带的寿命、能量消耗及维修、运营费用等影响很大。所以对托辊的基本要求是：结构合理、经久耐用、转动阻力小；密封装置防尘性能和防水性能好。轴承保证良好的润滑；自重较轻，使用寿命不低于15000h。
托辊安用途不同可分为槽形托辊、平行托辊、调心托辊和缓冲托辊。按托辊的辊皮材料不同分钢托辊、塑料托辊等。钢托辊多为无缝钢管制造。这种托辊皮厚度不均匀。运行时产生附加动载荷。使胶带产生震动。同时使轴承及密封件过早损失，这种托辊速度不宜大于3．5m／s。国外采用焊接管代替无缝管．焊接管壁厚度均匀。适合高速运行的带式输送机。托辊直径与带宽、物料松散密度和带速有关。随着这些参数的增大。托辊直径相应增大。常见的托辊直径规格见表7。
带式输送机有载分支最常用的是刚性的、定轴式的三节托辊组成的槽型托辊，，它的槽角为入。一般带式输送机槽角为30。，如果槽角由20。增大到30。，在同样带宽条件下物料横断面积增大20％，运输量可提高30％。目前国内外还有采用大槽角的运输，如采用35。、45。的槽角。本次设计取30。。
表7式输送机托辊直径规格
带式输送机的无载分支常用平形托辊．如图4所示。对于距离单向运行的带式输送机，为了防止带条跑偏，经常采用V型托辊如图5所示。带式输送机的装载处由于物料对托辊的冲击，易引起托辊轴承的损害．经常采用缓冲托辊组如图2和图3所示。
图2直托辊组一
图3缓冲托辊组
托辊密封结构的好坏直接影响托辊阻力系的大小和托辊的寿命。国内外大量实际证明，迷宫式密封的防尘效果最好．阻力也小。托辊的转动阻力不仅与速度、轴承及其密封有关，而且与润滑脂的选择也有很大关系。润滑脂除起润滑作用外．还起密封作用，锂基酯润滑的阻力最小，而且使用寿命长达5年。
图4平形托辊
图5V型托辊
在有载分支、尾部应各设置一组过度托辊．以减少头、尾过渡段胶带边缘的应力．从而减少胶带边缘的损坏。过度托辊的槽角为两种；段部滚筒中心线至过度托辊的距离一般不大于800～1000m m。
托辊间距的布置应保证胶带在托辊间所产生的挠度尽可能的小。胶带在托辊间的挠度值一般取为不超过
托辊间距的2．5％带式输送机上托辊的间距列于表8在装载处的上托辊间距应密集一些．一般去间距为300～600m m，而且必须选用缓冲托辊。下托辊间距可取2500～3000m m．或取为上托辊的2倍。
表8托辊间距／r am
散状物料堆积密度p≤11500140013001200
在有载分支头、尾部应各设置一组过渡托辊，以减少头、尾过渡段胶带边缘的应力，从而减少胶带边缘的损坏。过渡托辊的槽角为两种；端部滚筒中心线至过渡托辊的距离一般不大于800～1000m m。
带式输送机在运载过程中．经常出现胶带跑偏现象，即胶带运行中心线偏离输送机的纵向几何中心线。为了防止和克服胶带跑偏。常用的办法是采用不同形式的调心托辊，下分支每隔6～10组平行托辊放置一组调心托辊。
2．5制动装置
对于倾斜输送物料的带式输送机．其平均倾角
2014年第7期张文广带式输送机设计浅谈
大小时，为了防止倾斜输送机有载停车时发生倒转或顺滑现象，经制动力矩的核算视其具体情况增设逆止装置，本系列设有带式逆止器、滚柱逆止器和液压电磁闸瓦制动器和盘形制动器。
带式逆止器结构简单，适用于倾角。的上行输送机，缺点是制动时先倒转一段，造成给料处堵塞溢料．头部滚筒直径越大。倒转距离越长。因此对功率较大的输送机不宜采用带式逆止器。带式逆止器结构简单、造价便宜。其缺点是制动时输送带要先逆转一段距离．造成机尾受载处堵塞溢料。头部滚筒直径越大。逆转距离越长．因为对功率较大的输送机不宜采取。滚柱逆止器也是用于向上运输的带式输送机，在输送机正常工作时，滚柱在切口的最宽处。因此它不妨碍星轮的运转；当运输机停车时，在负载重力的作用下．输送带带动星轮反转，滚柱处在固定圈与星轮切口的狭窄处．滚柱被楔住。输送机被制动。这种制动器制动迅速，平稳可靠，并且已系列化．可按减速器选配。
液压电磁制动器对于向上或向下输送的带式输送机均可使用，动作迅速可靠。多用于大功率长距离钢丝芯式输送机及钢绳牵引带式输送机．安装在紧靠驱动机的高速轴上，为断电时停车和紧急刹车之用。
盘形制动器利用液压油通过油缸推动闸瓦沿轴向压向制动盘．使其生产摩擦而制动。每套制动器有四个油缸．由一套液压系统统一控制。这种制动器多用于大功率长距离强力带式输送机及钢绳牵引带式输送机．安装在高速轴上。这种制动器的特点是制动力矩大．散热性能好，油压可以调整，在工作中制动力矩可无极调节。
2．6拉紧装置
为了保证带式输送机能够正常运转．拉紧装置是必须不可少的装置之一。拉紧装置的作用是．保证胶带在驱动滚筒的绕出端有足够的张力，能使滚筒与胶带问产生必须的摩擦力，防止胶带打滑；保证输送各点胶带的张力不低于一定值，以限制胶带在各支承托辊间的垂度，避免引起散料和增加运动阻力；补偿胶带在运转过程中产生的塑性伸长和过渡工作情况下弹性伸长的变化。
在带式输送机的设计中，选择合适的拉紧装置．确定合理的布置位置，是保证输送机正常运转、起动和制动时胶带在驱动滚筒上下打滑的必要条件。一般情况下。拉紧装置应布置在胶带张力最小处。对于长度在300m以上的水平(或坡度在5。以上的倾斜)输送机．拉紧装置在紧靠驱动滚筒的无载分支上；对于距离较短的输送机和坡度在5。以上的向上输送物料的输送机，拉紧装置多半设置在输送机尾部，并以尾部滚筒作为拉紧滚筒。
常见的拉紧装置有以下几种：螺旋式拉紧装置，拉紧滚筒的轴承的轴承座安装在带有螺母的滑动架上，滑动架可在尾架可在尾架的导轨上移动。当旋转螺杆时．可使滑动架带动拉紧滚筒一同前进或后退，以调节胶带的张力。螺旋式拉紧装置结构简单。但是拉紧力的大小不易掌握，工作过程中拉紧力不能保持恒定，一般用于机长小于80m、功率较小的输送机。
车式拉紧装置结构，其拉紧滚筒固定在小车上．通过重锤的重力牵引小车。从而达到张紧胶带的作用。
这种拉紧装置的优点是拉紧力恒定，能自动补偿胶带的伸长。适用于长距离固定式输送机。
垂直式拉紧装置，利用重锤重力可以使拉紧滚筒沿导轨移动产生拉紧力。它能保证胶带在各种运动状态下有恒定的牵引力．可以自动补偿胶带的伸长。适用于长距离固定式带式输送机。其缺点是需要有足够的空间放置拉紧滚筒、重锤及保证拉紧所需要的行程，因此在空间受限的条件下无法使用。2．7清扫装置
输送机在运转过程中．不可避免地有部分细块和粉料在胶带表面．通过卸料装置后不能完全卸净．表面粘有物料的胶带工作面通过下托辊或改向滚筒时，由于物料的积聚而使它的直径增大．加剧托辊和胶带的摩损，引起胶带跑偏。不断掉落的物料又污染了场地环境。因此，清扫粘结在胶带表面的物料．对于提高胶带的使用寿命和保证输送机的正常工作．具体重要意义。
常用的清扫装置是弹簧刮板器．一般装在头部滚筒的下方，使胶带进入无载分支前．现将大部分粘附物清扫掉。弹簧压力的大小根据不同物料的粘性进行调节，同时保证弹簧的工作行程为20m m。它主要由清扫板、金属联板、橡胶缓冲器、调整杆、调节螺栓、支架及轴杆组成。
清扫器的优点是：①刮板与胶带摩擦面积小，减少对胶带的磨损．提高了胶带的使用寿命。②清扫板上镶有耐磨硬质合金，寿命。③清扫器是有数块清扫板组成，如若胶带表面局部粘附的粘结物没清扫掉时，清扫板跳动不影响其他清扫板工作。
胶带合金清扫器有H型和P型种．可以分别安装在输送机的不同位置上构成复式清扫装置．所以清扫效果好。
3结束语
以上是我在工作中的一些学习心得．随着带式输送机向重型化发展，还有更多相关知识需要我们学习掌握。本人愿意不断和大家交流进步，不足之处请同仁指正。
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