外文翻譯--高速帶式輸送機的設(shè)計

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附件 A 高速帶式輸送機的設(shè)計 G. 蘭 摘要 本文主要探討 高速帶 式 輸送機設(shè)計 方面的問題 。帶 式 輸送機的 輸送量取決于輸 送帶的 速度 、 傳送帶寬度和 托輥槽形 角。 然而 輸 送帶速度 的 選擇 又受到各種實際條件的 限制，在本文 有這方面的討 論。 輸 送帶速度也影響傳送帶的 性能 ，例如它的能源消耗和它連續(xù) 運行的 穩(wěn)定 性 。 一種計算輸 送帶的能源消耗 的方法就是 通過 考慮運輸過程中的各種能量損耗來進行 估 算的 。 輸 送帶速度的 不同使得 安全 系數(shù)的要求也各不相同 ， 這也 影響輸 送帶 所要求的強度 。一 種新的計算輸 送帶速度對安全 系數(shù)的影響的 方 法 在本文中被 介紹。 最后 ， 輸 送帶速度的沖擊對 各組成部分的 選擇和對中轉(zhuǎn)站設(shè)計 的影響也在本文中 被討 論。 1 概述 過去的 研究 已經(jīng)證實 使用窄 帶輸送機 的經(jīng)濟可行性， 輸送帶的速度變快要求輸送帶的寬度隨之變寬，低速輸送機適于長距離輸送 。 例如 圖 [1] - [5]。 現(xiàn)在 ，傳送帶 以 8 m/沒有問題的 。 無論怎樣 ， 輸送帶 速度 在 10m/s 到 20 m/s 在 技術(shù)上是 (動態(tài)地 )可行的，并且也許 在 經(jīng)濟上 也是 可行的。本文 將輸 送帶速度在 10 和 20 m/s 之間的 定義 為高 速 。 輸 送帶速度在 10m/s 之下的 定義 為低 速 。使用高速 輸 送帶 的 目 的并 不 在于它本身。 如果 使用 高速 輸 送帶不是經(jīng)濟上有利， 或則， 如果安全和可靠的操作沒有保證的，那么就 應該選擇低速 輸 送帶。 輸 送帶速度的選擇是總 的 設(shè)計過程的一部分。 靜態(tài)或穩(wěn)定 的 設(shè)計方法決 定了 帶 式 輸送機的 優(yōu)化 設(shè)計。 在 這些 設(shè)計 方法 中輸 送帶 被認為 是剛性 的 ， 靜止的 。 這 增加了輸送機 穩(wěn)定 運行的質(zhì)量和也決定了帶式 輸送機 各零部件的尺寸 。 穩(wěn)定操作包括傳送帶穩(wěn)定 運行時的 張 力、相對各種物料載荷的能量 消 耗 和相關(guān)的 工作環(huán)境 情況。 應該體會 到找到 最優(yōu) 的設(shè)計 不 是一次性 的 努力，而是一個 反 復 的 過程 [6]。 優(yōu)化設(shè)計，開始 于優(yōu)化 的 決心， 終于符合要求的確定的控制算法和組成輸送機的各零部件確定的位置和尺寸的大小， 例如驅(qū)動，閘和飛輪， 可由 動態(tài)設(shè)計方法 確定 。 在這些設(shè)計方法 中 ，也 涉及 動態(tài)分析， 輸 送帶 可看作 是一個三維 的 彈性體。三維波動 用來研究 大 的局部受 力 傳輸?shù)臅r間 和沿 輸 送帶 的 干擾傳輸 的 位移 [7]。 在這種理論 中，輸送帶被劃分成一系列的有限元。 有限元 一體化為 有彈性 的彈簧 和 塊 。 有限元素的結(jié)構(gòu)性特征 能 代表 輸 送帶的 流 變特征。 動態(tài)分析 產(chǎn)生在動態(tài) 操作時 輸送 帶 產(chǎn)生的 張力和 能量消 耗 ， 例如在 帶 式 輸送機 啟動 和 制動時 。 本文 主要討 論高速 輸送機的 設(shè)計，特 別是使用高速 輸 送帶對 輸 送帶 在 能源消耗和安全 系數(shù) 要求 方面的影響 。 使用高速 輸 送帶也要求 輸送機的各零部件有 高可靠性 ， 例如 托輥組應 達到 所要求的使用壽命 。 高速帶 式 輸送機設(shè)計的另一個重要方面是高效率的 裝料和卸載的合理 安排。 這些方面 在本文中 將被簡單地 討 論。 2 帶速 傳送帶速度選擇 整體皮帶輸送機 的 最低 成本 在傳送帶寬度 1.0 m 的系列 范圍內(nèi) [2]。 所要求 的輸送 量可以 在這個 傳送帶寬度范圍 中 選擇和 也可以 選擇 符合輸送量 要求 的任 何 必要的輸送帶速度。 圖 1 例子顯示 了 傳送帶速度和傳送帶寬度的組合 所 達到 的 具 體 輸送機的輸送量。 在本例中假設(shè)， 物料的 容積密度是 850 kg/煤炭 )，并且 槽形托輥的槽角 和 附加角分別為 35 °和 20 °。 圖 1 ： 各種輸送帶的 寬度 相 對不同的 輸送 量的 熟 送帶 的 速度 然而傳送帶速度選擇 又被 實 際工作環(huán)境 限制。 第一個方面是傳送帶的 可成槽性， 在圖 1 沒有 給出 與 輸 送 帶強度 (規(guī)定值 )的聯(lián)系， 這 部分取決于 輸送 機 的 長度和海拔。 為使送帶的 可成槽性 被保證必須選擇傳送帶寬度和 強度 。 如果 輸 送帶 沒有 充足的 可成槽性就不會 有 適當?shù)?運行軌跡 。 這導致傳送帶連續(xù) 運行 的不穩(wěn)定，特別 是 高速傳送帶， 這 是不允許 的。 通常，傳送帶制造者期待 輸送機空載時， 40%傳送帶寬度 上進行著直線運行，并且與承載托 輥的正 常接觸 。 第二方面是空氣在傳送帶 上 相對疏松固體物料的速度 （ 空 氣 相對速 度 )。 如果相對空速超出某些極限后灰塵將 產(chǎn)生重要影響 。 這特別是 對 礦井 產(chǎn)生了 潛在問題 影響，因為礦井為了通氣存在 向下氣流?？账俚南鄬O限取決于四周情況和粒狀材料特征。 第三個方面是帶 式 輸送機系統(tǒng)引起的噪聲。 隨著傳送帶速度的增加，噪聲級 別也 通常增加。 在住宅區(qū) 噪聲級限于 65 雖然噪聲級受 輸送機的 支持結(jié)構(gòu)和 輸送機的覆蓋層 的設(shè)計的影響很大，這也是選擇 輸 送帶速度的一個限制因素。 輸送帶速度變化 帶 式 輸送機系統(tǒng)的能 量 消耗隨傳送帶速度的變 化而 變化， 這 將在第 3 部分 中論述 。 為了節(jié)省 能量 ， 傳送帶速度 應 調(diào)整與 供料點的 粒狀 物 料 特性匹配 。 如果傳送帶 正在滿載運行， 那么它應該 運行 在高 (設(shè)計 )速度。 傳送帶速度可以在物質(zhì) (容量 )輸入點 進行 調(diào)整。 這將維 持 傳送帶 在帶槽內(nèi) 的 連續(xù) 裝填和在傳送帶的 連續(xù) 的粒狀材料 的 裝載。 傳送帶 帶槽在 恒定的裝填 時 產(chǎn)生一個最 優(yōu) 的裝貨比率，并且每個 輸 送物 料單 元被 期望消耗能源量 最 低。 比較 各種 傳送帶速度 不同的輸送機 能源消耗 相差 將 近 10% [8]。 與提供的 各種 粒狀 物 料流的 相對應的不同的 傳送帶速度有以下好處： ? 在裝載區(qū)的傳送帶 有 較少 的磨損 ? 更 低噪聲 輻 射 ? 通過減少輸送帶的張力，可以避免 傳送帶在凹面曲線的傳送帶 的提升，也可以改善輸送帶的定位 不足 包括： ? 驅(qū)動和制動系統(tǒng)的可 控 性的投資成本 ? 伴隨 傳送帶速度 變化的 放電拋物線 的 變 化 ? 在一個輸送機系統(tǒng)中控制系統(tǒng)要求控制 輸送機各 個輸送部分 ? 恒定的高 速 傳送帶 的預緊力 ? 在 托 輥的 上 恒定的 大 粒狀 物 料 裝載 一個 預先 節(jié)能 的 分析 將決定設(shè)計 安裝更加昂貴，更加復雜的輸送機系統(tǒng)是否值得。 3 能源消耗 客戶 可能要 求輸送機系統(tǒng)的能源消耗的規(guī)格，例如定量 限制 最大值 計劃的線路 上滿足 運輸疏松固體物料的設(shè)計 要求 。 對于長 距離運輸 系統(tǒng)，能源消耗主要取決于 托輥 工作 時所 克服 的壓力的抵抗力 [9]。 這傳送帶抵抗 力，依據(jù)經(jīng)驗是由于 托 輥 上的 膠帶 覆蓋層 的黏彈性 (被延遲的時間 )在受壓時產(chǎn)生的 。 對于廠內(nèi)的帶式輸送機，在受載區(qū)域運行時所受側(cè)抵抗也影響的 能源消耗。 側(cè) 抵抗包括發(fā)生在輸入點 物 料加速度的抵抗 和 在滑道的 側(cè)面上的摩擦和抵抗。 皮帶輸送機的必需的推進力取決于總摩擦阻力和總物質(zhì) 提升 力的總和。 摩擦阻力包括滯后損失， 它 可以 認為 作為黏摩擦 (與 速度 有關(guān) )的組成部分 。 ，但 它 不能在 最大推 動力 時確定 輸送機系統(tǒng)的能源消耗是否是合理。 比較不同的運輸系統(tǒng)的能源消耗的最佳的方法將比較他們的運輸效率。 運輸效率 有 很多 方法比較運輸效率。 第一 種，也是 廣泛被運用的方法 是 比較等效摩擦因子 ，例如 f 因素。 使用等效摩擦因子的好處是它可 以看作是 一條空 載 的傳送帶。 使用一個等效摩擦因子缺點是它不是 ‘ 單 純的 ’ 效率數(shù)字。 它 也 考 慮到傳送帶的 質(zhì) 量， 托輥 的折算質(zhì)量和被運輸?shù)牟牧系?質(zhì) 量。 一個 單 純的效率數(shù)字，僅考慮到被運輸 物 料的 質(zhì) 量。 第二個方法將比較運輸費用， 如 者 $/ 使用運輸費用的好處是這個數(shù)字 因 管理 目的而 廣泛 應 用。 使用運輸費用的缺點是它不直接地 反映輸送機 系統(tǒng)的效率 三 、 多數(shù) “ 單 純的 ” 方法是比較運輸 中的 損失因 數(shù) [10]。 運輸損失 因數(shù) 是 基于 克服摩擦損失 的 推進力 的 要求 和 運輸工作之間的比率 而定的 (忽略 驅(qū)動 效率和功率損失或者粒狀 物 料 的 上升 /降低 的要求 )。 運輸工作被定義 為 粒狀材料被運輸?shù)臄?shù)量和平 均運輸速度。 使用運輸損 耗因數(shù) 的好處是他們可以與其他交通工具運輸比較損失因素，象卡車和火車。 缺點是運輸 損耗因數(shù) 取決于材料的被運輸?shù)臄?shù)量，暗示它不能 認為 是為一臺空 載的皮帶輸送機。 下 面列舉了 一 些 運輸系統(tǒng) 的 運輸 損耗因數(shù)來 說明 這個 概念： 連續(xù) 運輸： ? 泥漿運輸 大約為 皮帶輸送機 大約在 間 ? 振動的 喂料機 在 1 之間 ? 氣力輸送機 大約為 10 不連續(xù) 運輸： ? 船 安全系數(shù) 在 間 ? 火車 約為 卡車 約在 間 滾筒抵抗力 對于長的陸上 運輸 系統(tǒng)，被完成的工作主要取決于克服 滾筒 抵抗 力的 能源消耗。 滾筒 被做 成 象鋼或鋁的相對地堅硬材料，而 輸 送帶 的覆蓋層 由橡膠或 更軟的材料制成。 因此 輸 送帶的底部 覆蓋層 傳送帶 在滾筒上移動產(chǎn)生凹痕 ， 這歸因于 傳送帶 的 重量和粒狀 物料 的重量。 傳送帶的 底部覆蓋層 的壓縮部分 的恢復， 由于它的黏彈性將花費 一些時間。 輸 送帶的 底部覆蓋層在這個 時延 中將 在傳送帶和 滾筒 之間 產(chǎn)生了 不對稱 應力 ，看圖 2。 這 個抵抗 抵抗力 的合力的 量 稱為滾筒的 抵抗力。 這力 的大小 取決于 覆蓋層 材料的黏彈性， 滾筒 的半徑，傳送帶 的重力 和疏松固體物料的 重量和傳送帶在垂直平面的 產(chǎn)生曲線 的 曲率半徑。 圖 2 ： 傳送帶和 滾筒之間引起的 不對稱 應力 [7] 知道滾筒的 抵抗 力與 傳送帶速度 的關(guān)系對 適當?shù)倪x擇傳送帶速度 很 重要 [11]。 圖 3 ：典型膠 面滾筒 的損失因素 [7] 首先， 滾筒的 抵抗 力 取決于 作用 在傳送帶的 上的 垂直載 荷 ，是傳送帶和粒狀材料重量的總和。 如果在傳送帶的垂直 面內(nèi) 裝載 因數(shù) 減 少 2 那么 滾筒 抵抗 力隨之 減少 可以認為輸送機的輸送能力是隨著 傳送帶速度的增加 而使 大塊 物料 裝載隨 之 減少。 所以，隨著傳送帶速度的增加， 滾筒的 抵抗 力會 成比例減少。 其次， 滾筒的 抵抗 力 取決于 槽型托 輥的大小。 如果 滾筒 直徑因 數(shù) 增加 2 那么 滾筒的抵抗 力因數(shù)就會隨之 減少 一般來說 槽形托 輥直徑隨著傳送帶速度的增加 而 增加 ，但也受到 軸承 必要的使用壽命的 限制。 隨著傳送帶速度的增加， 滾筒的 抵抗 力會 減少。 第三， 滾筒的 抵抗 力 取決于傳送帶的 覆蓋層 材料的黏彈性。 這些 特性 取決于變形率，看圖 3。 在它的 轉(zhuǎn) 彎處的 變形率取決于傳送帶 覆蓋層 的變形區(qū)域的大小 (根據(jù)傳送帶和最大塊度 )和傳送帶速度。 一般來說 滾筒的 抵抗 力 隨著變形率的增加 而增加 (圍繞速度 )，但 僅 是一個相對地小 的量 。 第四， 滾筒的 抵抗 力 取決于傳送帶的 覆蓋層的 厚度。 如果后 覆 蓋 層 厚度增加因 數(shù) 2那么 滾筒 抵抗 力隨之 增加因 數(shù) 隨著傳送帶速度的增加，傳送帶 覆蓋層的磨損量也增量，則 滾筒 抵抗 力也 增加。 應該體會 滾筒 抵抗 力 ，雖然重要，不是唯一的速度 依靠的阻力 。例如 槽形托 輥的 抵抗 力 取決于垂直的裝載 和 他們旋轉(zhuǎn)的速度。 垂直的裝載的作用，直接地取決于傳送帶速度，是 主要 方面 。 旋轉(zhuǎn)的速度的作用 影響較 小。 另一抵抗 力的產(chǎn)生是 由于疏松固體物料在輸入點的加速度。 假設(shè) 粒狀材料直接落在傳送帶上 ， 這抵抗 隨著 傳送帶速度二次方地增加。 特別是廠內(nèi)的 皮帶輸送機 ， 這 力的 影響 很 小 。 例子 要說明上 述 被談論的概念讓 我們 考慮一條 輸送 量 為 5000 6 的 傳送帶。槽形托輥 角度 ，附加 角度和 物料 密度各自取 35 °， 20°和 850 kg/ 圖 4 顯示達到必需的 5000 送 量傳送帶寬度 和 傳送帶速度 的關(guān)系 。 這個圖 與 圖 1 有些相似。 圖 4 圖 5 和 6 顯示 在固定輸送帶速度要求時 傳送帶 的強度 和 的驅(qū)動 力 的關(guān)系 。 所需 傳送帶 驅(qū)動 力減少， 在圖中可以看出 隨著傳送帶速度的增加 ，驅(qū)動 力 的 增加 ，輸送帶強度下降 。 圖 7 顯示 不同 傳送帶速度 的 損失因 數(shù) 和 f 因 數(shù) 。 運輸損失因素總是高于 為 f 因素考慮傳送帶的 體積 (在分母 )，而運輸損失因素只 考慮了 疏松固體物料的 體積 。 直觀地， 可以認為 在高 速 傳送帶速度范圍將有經(jīng)濟上最 優(yōu) 的傳送帶速度。然而最 優(yōu) 的傳送帶速度 選擇 ，要求 有 更多信息并且 它 超出 了 本文 的 討論 范圍之外。 圖 5 圖 6 圖 7 橡膠化合物 滾筒的 抵抗 力 取決于傳送帶的 覆蓋層 的黏彈 特 性 ， 如前部分所述。 這暗示 滾筒 抵抗力 可以通過選擇今天在市場上可利用的一種特別 的滾筒覆蓋 (橡膠 )化合物 來 減少。 使用這種特別化合物 將增加一個小的成本 ，但是 這個成本 可以通過使用一種正常耐磨的化合物 作為覆蓋層的 上層覆蓋的 來 限制。 這 個 情況 要求充分地 利 用底部化合物的節(jié)能作用。 滾筒的 抵抗 力的定量表征 是 這個滾筒 抵抗顯示 為 ^1/3，其中棕褐色是損耗角和E 化合物的存貯模數(shù)。 合理的 滾筒 抵抗 力 表現(xiàn)的化合物顯示在 下。 圖 8 顯示典型的介 質(zhì) 對 優(yōu)良 橡膠的顯示。在 這 個圖 中也 能被看 出： 一種具體橡膠化合物 的 選擇 在一定的工作環(huán)境溫度下對 皮帶輸送機能源消耗的影響， 。 必須做出一 個 評論 (警告 )。如果僅一位傳送帶制造商提供 這個輸送帶 ，這種 低 滾筒抵抗力 化合物的特別傳送帶 就 不應 被 選擇。 在那 種情況下 ，使用時， 只要選擇 可 以 執(zhí)行輸送機系統(tǒng) 要求 與它的設(shè)計規(guī)格 相符的 傳送帶 就可以 。 選擇這種輸 送帶制造商超過一位 ，那么選擇阻力上限被限制的輸送帶是更好的， 花費 的成本方面來說 也 是 明智 的 ， 圖 8 ： 在某 溫度 情況下滾筒在 四 種 不同橡膠的抵抗顯示 4 安全因素的要求 為 了滿足 設(shè)計 要求 ， 2101， 048， 和 準 都 提供傳送帶裝載可 允許 的 安全 系數(shù) (極限。 二種類型的安全 系數(shù) 是 可以區(qū)分的 ： 穩(wěn)定連續(xù) 運行時 的安全 系數(shù) 和 不穩(wěn)定運行時的 安全 系數(shù) 。 一般來說在穩(wěn)定連續(xù) 運行時的 安全 系數(shù)是依據(jù)以下要求給出的 ： （ 1） 穩(wěn)定 式 (滿載 和 空載 ，夏天和冬天 )和非 穩(wěn)定式的 傳送帶 張力 （ 2） 輸送帶的 張 力來自于 水平和豎曲線 的額外張力和變形 ， 槽形截面的相變，輸送帶的轉(zhuǎn)彎，輸送帶在皮帶輪圍繞產(chǎn)生的變形 。 （ 3） 皮帶輸送機系統(tǒng)維護 （ 4） 皮帶輸送機系統(tǒng)操作的數(shù)據(jù)包括每天 工作的小時數(shù) 、每年 工作的天數(shù) 和工作年限 （ 5） 輸送帶 接 頭的 設(shè)計和疲勞特征包括那些傳送帶拉伸 承 載 的 構(gòu)件 (鋼 絲 繩或 絲 織物 和橡膠 的選擇 （ 6） 接 頭 工具 的 存貯和 裝卸 。 所有這六個項目，當確定安全 系數(shù) 時， 都 應該 被 考慮到。 準 建議把 安全 系數(shù)作為約簡因數(shù) 。 2101 標準 使用三個 約簡因數(shù) 。 第一(常 是指針對針輸送帶強度（ 接合 )約簡的疲勞因數(shù)。 第二 (慮 傳送帶在轉(zhuǎn) 彎 區(qū)域和 皮帶 輪等 產(chǎn)生的 額外力。 三 (慮 在開始和停止期間，傳送帶 產(chǎn)生 的額外動態(tài) 應力 。 所 需的極小的安全 系數(shù) 可以 按下式進行計算 ： (1-(r0+r1+ (1) 準也給三個 約簡因數(shù) 的值。 例如，在 “ 正常 ” 工作狀態(tài) 下的 鋼 絲 繩傳送帶 的值如下： 生安全因素 。 依據(jù) 準 設(shè)計的 長 距離 帶 式 輸送機系統(tǒng)設(shè)計 是完全可以應用的。但 主要缺點 是傳送帶速度選擇 所依據(jù)的 輸送機系統(tǒng)操作的數(shù)據(jù)和傳送帶的真正的疲勞性質(zhì)沒有被考慮到。 這些因素 應該被 考慮 ，為了 達到傳送帶定制安全 系數(shù)的要求，輸送機系統(tǒng) 操作的數(shù)據(jù) 應該被考慮到 。 隨著裝載周期的增加， 因 數(shù) 獨立 于 傳送帶的疲勞 特 性減少的 。 假設(shè)， 因數(shù) 10,000 個載 荷循環(huán) 周期 內(nèi) 隨裝載周期 性地 (傳送帶的 發(fā)展隨著 皮帶輸送機 發(fā)展的 )從 0 到 少 (準的略計 ) ： ) (a F>8. be of IN of in is s of It is to to a by s r1 r2 of of of s r0 of of of 0,000 IN ) (N<(2) is of 0,000 r0 s a 0,000 m, a 000 of be N=[(3600 V)/(2L)]3) is L H of of of 3) is . : of of ro be 2) of as . is 0. 2 0: 2101 r0 he as a of be 1) 0. is 1. 1: 1 it be on is .5 if is m/s, 0 in is 0 m/s. of at at on of to be by of or as as of . 5 n of a of in a of is to It is 7] is a of on of be a is by an in or a of of of an of in to as be In of on is as be to a so of in is at 3 is of so of be at If be of of be is be by to to In of of A be of of on a in to a in in as in be to to to a of of In to in a of of so is A a 0 be to at of to be a is in of is in an it is to be 6 he of is In it be of to be to of in a of ? 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