水垫带式输送机的研究.pdf

中国矿业大学学报990 514 中国矿业大学学报 JO U RNA L O F CH I NA U NI VERSI T Y O F M I NI NG 2 ） 在水垫四周边缘上 0 . 方程（3）可采用多种解析或数值方法求解. 根据水垫压力及其分布规律，即可确定水垫的承载能力，为水垫带式输送机的结 构设计和液压系统设计提供基本参数. 2 水垫带式输送机的工作原理 水垫带式输送机的基本结构如图2 所示. 它除具有普通带式输送机的驱动滚筒、换 向滚筒、中间架、头架、尾架、下托滚等外，还具有一套由盘槽、喷嘴、液压系统等 组成的水垫装置（如图3所示）. 水是经由装在盘槽上的喷嘴直接喷射到输送带和盘槽 之间，在带和盘槽间形成一层水膜. 这层水膜有足够的压力将带与盘槽隔开，形成流体 静压润滑，降低摩擦磨损和功耗. 图2 水垫带式输送机工作原理图 Fi g . 2 W o r k i n g p r i n c i p l e o f t h e w a t e r -s u p p o r t e d b e l t c o n v e y e r 1． 换向滚筒; 2 ． 过渡托辊组; 3． 输送物料; 4． 盘槽; 5． 管接头; 6 ． 水垫; 7 ． 上胶带; 8 ． 驱动滚筒; 9． 下胶带; 10 ． 分支供水管; 11． 总供水管； 12 ． 阀； 13． 水泵； 14． 水箱； 15． 回水管； 16 ． 下托辊 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 5/ 990 514. h t m （第 3／6 页）2 0 10 -3-2 3 15 58 2 0 中国矿业大学学报990 514 图3 水垫装置示意图 Fi g . 3 Sk e t c h o f t h e w a t e r -s u p p o r t e d 1. 盘槽; 2 . 集水槽; 3. 螺栓; 4. 喷嘴; 5. 支架; 6 . 垫片; 7 . 中间架; 8 . 托板; 9. 刮水器 水垫带式输送机在稳定运转过程中，如物料也比较均匀，则水垫的形成主要是靠 外部通入高压水的静压作用，带与盘槽间为流体静压润滑. 此时，由于带的运动而产生 的动压效应对水垫的形成影响很小. 但当运送不均匀物料或块状物料时，带与盘槽间可 以自然形成收敛的楔形间隙，根据流体动压润滑理论，这种局部的收敛楔，使流体动 压润滑的形成成为可能. 这样，输送带就处在流体静压和流体动压的双重润滑状态，这 对降低整机运行能耗是非常有利的. 此外，输送机在运行过程中，带与盘槽之间还会产 生一种热楔现象，这种热楔现象也有利于水垫的形成和承载. 3 水垫装置的设计 如前所述，水垫带式输送机与普通托滚式带式输送机的主要区别在于输送带的支 承方式不同. 前者以水垫装置（图3）替代后者的托滚装置. 因此，水垫带式输送机的关 键部位是水垫装置. 3．1 盘槽的设计 盘槽（如图4所示）是水垫形成的依托，因此是水垫装置的重要零部件，其形状、 喷嘴布置等都直接影响到水垫的形成和承载能力. 目前实际应用中，盘槽的横截面有不 同形状，其性能也有所不同. 表1中列举了几种盘槽的截面形状及其比较，从中可知， 圆弧形盘槽物料堆积面积较大，输送带成型性好，水垫易于形成，制造工艺简单，因 而得到广泛应用. 该盘槽的圆弧半径R可按下列求得［1］ 式中B为带的宽度，m m ；α为物料的堆积角（弧度），可查阅有关手册得到. f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 5/ 990 514. h t m （第 4／6 页）2 0 10 -3-2 3 15 58 2 0 中国矿业大学学报990 514 图4 圆弧形盘槽横截面示意图 Fi g . 4 Sk e t c h o f t h e c r o s s s e c t i o n o f t h e a r c h e d p l a t e g r o o v e 表1 盘槽横截面形状的比较 T a b l e 1 Co m p a r i s o n o f c r o s s s e c t i o n o f p l a t e g r o o v e 截面形状物料截面积输送带成型性制造工艺性 应用情况 梯形最小较好，难形成水垫易于制造基本淘汰 圆弧形较大较好易于制造应用最多 直边圆弧形较大好制造困难开始采用 椭圆形最大不好，带边易磨损制造困难试验阶段 抛物线形中等好制造困难应用较少 3．2 模拟设计结果 除盘槽的设计外，水垫装置的设计还包括集水槽、支架、密封等零部件以及液压 供水系统的选型设计等. 图5中给出了本文设计的水垫带式输送机模拟实验装置. 从中可 以看到水垫带式输送机的整体结构，技术特点和运行原理，为实际水垫带式输送机的 设计和制造提供参考. f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 5/ 990 514. h t m （第 5／6 页）2 0 10 -3-2 3 15 58 2 0 中国矿业大学学报990 514 图5 水垫带式输送机模拟实验机 Fi g . 5 Si m u l a t i v e r i g o f t h e w a t e r -s u p p o r t e d b e l t c o n v e y e r 1. 尾架; 2 . 输送带; 3. 头架; 4. 驱动滚筒; 5. 减速器; 6 . 底座; 7 . 电动机; 8 . 回水管; 9. 水泵; 10 . 水箱; 11. 集水槽； 12 . 刮水器; 13. 改向滚筒 4 结 论 从本文的工作中，可以得出以下结论1） 水垫带式输送机与普通托滚式带式输 送机相比，具有启动阻力小、运转平稳、安全性好、可靠性高等特点，尤其适用于煤 矿等对防火安全要求比较高的场合. 对其研究目前虽处于起步阶段，但将会有很好的应 用前景. 2 ） 根据流体动力润滑理论，水垫带式输送机的水垫压力是通过外部输入的高 压水形成的，因此是流体静压润滑. 但在局部也可以形成流体动压润滑，应在盘槽的设 计和制造上，创造利于形成流体动压润滑的条件. 这对降低输送机的能耗，提高输送效 率是非常有利的. 3） 本文给出的水垫装置的实验模拟设计可作为实际水垫带式输送机 设计的参考. 实验表明，水垫输送机是可行的. 应进行大力开发研究. *煤炭科学基金资助项目（95机10 2 0 4） 第一作者简介 范 迅，男，1955年生，工学博士，副教授 作者单位中国矿业大学机电工程系 北京 10 0 0 8 3 参 考 文 献 1 梁庚煌. 运输机手册（第一册）. 北京化学工业出版社，198 3. 8 0 ～8 7 2 温诗铸. 摩擦学原理. 北京清华大学出版社，1991. 7 4～8 8 3 王世钧，任文斗. 气垫带式输送机设计选型手册. 北京化学工业出版社，1995. 12 ～ 45 收稿日期1998 -12 -10 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 5/ 990 514. h t m （第 6 ／6 页）2 0 10 -3-2 3 15 58 2 0