平面转弯带式输送机的结构设计.pdf

1 0 煤 矿 机 械 2 0 0 5年第 4期 文章编 号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 5 0 4 0 0 1 0 - 0 3 平面转弯带式输送机 的结构设计 陈培援 。战悦晖，宋伟刚 东北大学 机械工程与自动化学院，沈阳 1 1 0 0 0 4 摘要 介 绍平 面转弯带式输送机 的发展概况 ， 总结 出了平面转弯带式输送机 的主要 优点 ， 分 析 了平 面转弯带式输 送机 转弯处 不 同布置 结构 ， 给 出 了平 面转 弯带 式输送机 常 用的托 辊组 结构 。 指 出今后平 面转 弯带式输送机在 向大运量 、 大带宽、 高带速 转弯方 向发展 的同时 ， 实现 更小 半径转 弯和 空间转弯也是 当前 需要进 一步研 究的课题 。 关键词 平 面转 弯带式输送机 ；托辊组结构 ；空间转弯；设计 中图号 T D 5 2 8 文献标识码 A 1 平面转 弯带式输送机的工作原理和特点 1 ． 1 工 作 原 理 带式输送机 的运 行是 由驱动装置 提供驱 动力通 过传动滚筒牵 引输 送带而 实现 的。输送带 既是 承载 体也是牵 引体 。在输送带的张力作用下 ， 普通带式输 送机的输送带单元 的受力和弯 曲段输 送带的受 力情 况如图 1 所示 ， 其两端 张力作 用在同一直线 上的， 单 元上的各力是平衡 的， 而弯曲段输送带受力单元两端 的张力方向有一 个夹角 ， 输送带 单元 的合力 不平衡 ， 将产生一个 向心力。平 面转弯带式输送机托 辊组结 构与布置的特点就是产生一个 向外 的离心力 ， 以平衡 输送带张力的向心合力 。为此 ， 平面转弯带式输送机 在转弯段的设计 中通常可以采取 以下措施 审 Tgx T 圄 1 直线输送带和弯曲输送带受力单元 ．1 Fo r c e e o n d i t i o m i n t h e s t r a i g h t a r 雌a n d l r v e a r 雌 1 抬高输送 带 的内曲线 通 过将 内曲线抬 高 一 定的角度， 使输送带和物料的重力产生离心分力， 以平衡 由输送 带张力 产生 的 向心力 ， 但是 内 曲线 抬 高 ， 有可能导致物 料 向外侧 滚动造 成撒 料 ， 所 以， 内 曲线 又不易抬得过高 ； 2 托辊前倾应用托辊 组前倾 的调偏原理 ， 使 当输送 带向转弯 内曲线偏 移 时 ， 产生 向外 的导 向摩 擦力 ； 3 增大托辊 组的槽角 增 大托辊组 的槽角 ， 有 助于输送 带 的居 中 自动调 节 ， 使跑偏 程度 降低 。从 而 ， 有助 于曲率 半径 的减小。它 也是输送 带居 中 自 动调 节的重要措施 ； 4 回程分支加 压辊在 回程 分支采 用平 托辊 时 ， 在 回程分支 的输送带 上面增加压辊 ， 以增加托辊 给予输 送带 的横 向摩擦力 ； 5 增设立 辊 在 转弯处 设置 立辊。输送 带在 曲线段 向内侧或外侧跑偏时 ， 可 由侧立 辊予 以限制 。 但是这是一种备而 不用 的措 施 ， 如果 这种 措施 经常 发生作用 ， 将 失去 自由导 向的意义 ， 同时也加速 了输 送带 的磨损 ， 使输送带 的寿命大 幅度地 降低 。 1 ． 2特 点 平 面转 弯带式输 送机 除转弯 的曲线段 外 ， 其他 部分 的设计方法和结构组成与普通带式输送机完全 相 同， 所 以平面转 弯带式输 送机 除转 弯处 的部分 结 构件外 ， 其他重要 部件 如驱 动装置 、 张 紧装 置、 输 送 带 等都可与普通带式输送机通用 。平面转弯带式输 送机 的主要优点是 1 可 以减少设备 的数量 ， 使系统 的供 电和控制 系统更 为集 中； 2 使 系统的维护和管理费用降低 ， 从 而降低 了 系统 的经营费用 ； 3 _ 降低 能耗 ； 4 有效地减少系统对环境的污染 ； 5 扩大 了普通输送带的应用范 围。 2国 内外发展水 平及研 究状况 从 2 0世 纪 6 0年代 开始 ， 国外在平 面 转弯运 行 方面 。 无论 在理论还是实践上都有 了很 大的发展 。 国外有很多专家进行平面转弯带式输送机这方 面理论 的研究。为 了计 算摩 擦 阻力 和 自重 分力 ， 有 关文献 给出几种假 定 ， 其 中 K． 一J ． G r i m m e和 B． B e ． mm er[ 1 认为 ， 当输送 带 跑偏 时 ， 物 料 在输 送 带槽 中 的实际情况和位置是不清楚 的。理论上存在 2种 可 能性 ， 一种是物料保持在输送 带的 中心位置 ， 仅有 输 送带在物料下面游 移 ； 另一 种是物 料完 全跟 随输 送 带 ， 并不落后于输送 带的侧 向游 移。实际观察表 明 ， 这 2种极 限情 况都是难 以置信 的 。因此 ， 假 设物 料 的侧 向偏移为输送 带侧 向游 移的一 半 ， 根据 这种 假 设 ， 成功地设 计 了平 面转 弯带 式 输送 机 。F ． K e s s l e r 除了对传统转 弯段托辊布置结构 的理论 和计算方法 进行分 析外 ， 还研 究 了转弯 段采用 吊挂 托辊 组 的设 计理论及计算方法 ， 提 出转 弯段 采用 吊挂托 辊 组能 够实现更小半径 的转 弯 ， 并且指 出已有 的实践经验 。 F ． S ． V a l e a l d a 认为半 圆深槽 吊挂托 辊组 在带 式输 送 维普资讯 2 0 0 5年第 4期 平 面转 弯带式输送机的结构设计 陈培嫒 ， 等 1 1 机 的设计 中是 一个新 概念 ， 并 指 出该 结构 能够获得 最大 的 内曲线 抬高角和最大的装 料截面。 国内的平 面转弯带式输送机在理论 和技术上现 在仍处 于发展 阶段 。孙可 文、 于岩对带 式输送 机 的 平面转弯运行进 行 了研究 ， 提 出平面转 弯带式 输送 机的转弯 曲线为 指数 曲线 ， 还对 带式输送 机空 间变 向运行 的理论 和计算 方法进行 了分 析。 3转弯处托辊组结构 托辊组结构和布置方式设计是平面转弯带式输 送机重要的设计 内容 。设 计时 ， 正确 考虑各 种影 响 托辊使用寿命 的因素 ， 使 托辊结构更趋 于合理 ， 这是 保 证平面转弯带式输送机可靠运行和维修费用低廉 的必要 条件。为 了保证输送带通过平面曲线段 时能 够正确 导 向， 合理采 用 上面所 提到 的几 种措施 是关 键 。在 实际设计 中， 转 弯处托 辊组所 采用 的主要结 构形式 有以下几 种 1 弹性支撑结构 弹性支撑结构如图 2所示 ， 将托辊组的一端与机 架绞接 ， 而另一端装在弹簧支座上。内曲线一侧通过 弹簧压向外曲线方 向， 使空载输送时 内曲线抬高角加 大 ， 以增大空载 时的离心 推力； 有载时 由于物料的重 力作用使 内曲线抬高角变小 ， 以适应有载时物料重力 分力不至于过大。该结构的特点就是能够根据 输送 带的装载程度 自动改变托辊组的内曲线抬高角。 内曲线 外曲线 图 2弹 性支撑 结构 F i g． 2 S p r i n g s u p p o r t f r a m e s 前 苏联 的全 苏起重机运输机械研究所研制的一 条平面转弯带式 输送 机 中使用 过这 种托辊 组结构 。 因为该条输送机在 工作 中输送 带 的载荷是 变化 的， 所 以最好是能够根据输送带 的装载程度 自动改变托 辊组的倾角 。为此 ， 就采用了这种托辊组结构 。 但这 种结构不 适合 于满载输送 带 ， 因为物料 的 重力 分力太 大 ， 还可 能减小装 料 断面 。而且 这种结 构尚有许多问题没有解决 ， 例如 ， 由于弹簧支撑所 引 起 的振 动问题 。 2 吊挂结构 吊挂结构 ， 就是通过支点将托辊组 吊挂起来 ， 使 托辊组 的工作位 置随着载荷 的变化具有适应性 。因 吊挂托辊组 中相邻 两托 辊间 采用铰 接 ， 同 吊挂件 连 接成一个环形 ， 所 以吊挂结构又被称为索环结构 。 图 3是 国内井下煤矿平面转弯带式输送 机所 采 用 的结 构 ， 该结构是应用 巷道的顶板作 为吊挂支点 ， 当转 弯力不平衡时 ， 由吊挂杆 的摆动 ， 产生阻碍输送 带 向弯曲 中心移动 的力 ， 从而保证 转弯段力 的平衡 。 I 8 i _ 七 j一 | 富 ’ _．● 图 3顶板 吊挂 结构 F i g ． 3 I d l e r su p po rt f r a me s s u s p e n d e d f r o m c o p i n g 图 4是奥地利 B i d e r C O A G公 司设计 的平 面 转弯带式输送 机所采用 的托辊组结构 。这种 吊挂 结 构除了能够 自身调 整工作 位置 ， 产 生阻 碍输送 带 向 弯曲中心滑移 的合适 的 推力外 ， 还 可 以改 变托 辊组 内曲线抬高角 ， 从而 实现更 小半 径转 弯。奥地 利设 计的该类 型平 面转 弯输 送 机通 过 采用 这 种 吊挂 结 构 ， 可以达到的最小转 弯半径 为 2 5 0 m， 而且输 送机 会在输 送 带 张力 变化 的情 况 下 自动 定 心运 行 。从 1 9 8 6年开始 ， 在奥地利 和德 国等 国家 就陆续 安装 很 多这种类型的输送 机。1 9 9 2年底 ， P l a c e r D o m e公 司 在 巴布亚岛新几 内亚 的哈根 山安装 了 2条该类 型的 输送机 ， 最小 转弯半 径 为 3 5 0 m。 1 9 9 5年 1 0月 ， 在 希腊 X i mr e m a 石灰石采石场扩建工程 中安装 的该 类 型的平面转弯输送机也 运行成功 。 图 4顶 点 吊挂结 构 F ig． 4 I dle r sup port f r a mes s u s p e nded f r o m a p i v o t 1 ． 支点2 ． 承 载段托辊3 ． 回程段 托辊 在美 国夏威夷成功运行 的一条平面转弯带式输 送机 ， 在承载段采用 的就是五辊 子托辊组 吊挂结构 ， 各辊子长度相等 ； 回程段使 用 的是 三辊子 托辊 组 吊 挂结构 ， 辊子有 的等长 ， 有 的不等 长 ， 等长 度辊 子用 于弯曲段 ， 不等 长辊子用 于直 线段 。在承 载段 采用 五辊子托辊组 吊挂结构 ， 可在 给定 的横 向滑移 量相 同情况下 ， 得到 比三 辊子托 辊组 吊挂 结构更 小 的转 弯半径和更 高的输送带稳定性 。 图 5是法 国 F ． S ． V a l c a l d a提 出的一 种半 圆深槽 形 吊挂托辊组结构 。它除了具 有以上 吊挂结构的特 点外 ， 还具有较大 的装料截面 ， 因为这种结构的运行 堆积角在 5～2 0 。 之间 ， 小 于其他 托辊组。理论上 ， 半 圆深槽形 吊挂托辊 与 以上几 种 吊挂 结构 相 比 ， 能够 得到最小 的转弯半径和最高 的输送带稳定性 以及最 大的物料单位输送量 。 虽然 吊挂托辊组结构在转弯半径小 、 运行平稳 、 防输送带跑偏及 降低 噪声 等方 面有很 大优 点 ， 但却 维普资讯 ． 1 2 ． 平 面转弯带式输送机的结构 设计陈培嫒 ， 等 2 0 0 5年第 4期 使转弯处结构 复杂 化 ， 特别 是半 圆深 槽形 吊挂托 辊 组结构 ， 使设备投 资增 大 ， 也加速 了设备 磨损 ， 从 而 增加 了经营费用 。所 以近年来带式输送机 吊挂托辊 组应 用很少。 图 5半 圆深槽 形 吊挂托 辊组 结构 啦． 5 De 印 s e mi c i l r c I 山 订叩g h 3 内曲线设 置托辊 其 特点 是在 内曲线一侧 增设 一个较 陡的托辊 ， 这样 ， 能确保输送带正确 导向 ， 不会造成装料面侧 向 撤料 ， 但是 由于增加 了一个 托辊 ， 使托辊支 架结构增 大 ， 设备投资费用增加 。 4 平 面转 弯带 式输送 机转 弯段 托辊组 的典型 结构 平 面转 弯带式输送 机的典型结构 就是通 过抬高 输送带 的内曲线 、 托辊前倾 、 增大托辊的槽 角等措施 来实现平面转弯的导 向。这种结构与其他结构相 比 ， 具有理论成熟 、 安 装简单 、 投 资 和维护 费用低等 优 点 ， 所 以 目前 ， 大多数的平面转弯带式输送 机在转 弯段都采用这种 托辊 组布 置结构 ， 图 6为平 面转弯 带式输送 机的转 弯段 托辊组结 构 ， 其 主要特 点是承 载段 和回程段 均采 用三托辊 ， 侧托辊前倾 ， 在托辊组 边缘设置立辊 以防止 意外 的输送 带跑偏 ， 托辊组 的 抬高角设计成可 调结 构 ， 有利于 在现场 调试 过程 中 进行抬高角 的调 整 ， 同时 托辊组 的槽 角也较 通用带 式输送机 的槽 角大 ， 为增加导 向摩擦力 ， 还适 当增加 了侧托辊 的长度 。 图 6 输送机转弯段托辊组结构 F i g ． 6 I d l e r set s u s e d i n t h e tl I V a r e a 4平面转 弯带式 输送机 的发展 趋势 及所 需研 究的 问题 目前 ， 平面转弯带式输送机 已在露天矿 、 地下煤 矿的弯 曲巷道 、 水 电站建设工程 、 干线输送 以及其 他 生产系统 中推广使用 。 1 转弯半径的减 小 转弯半 径是 带式输 送 机 实现平面转 弯的一个关 键 因素 ， 选 择合适 的转弯半 径成为平面转 弯带式输 送 机设 计 的一个 重要步 骤 。 随着平 面转弯带式 输送 机在 断地 推广 和应用 ， 具 有广泛适应性的可实现小半径转弯平面转弯带式输 送机将会是一个 重要 的发展方 向。 目前 已知理论 上 所能实现的最小转 弯半径 2 5 0 m， 是 奥 地利 B i d e r C O A G公 司设计 的“ b i c oT E C ” 平 面 转 弯 带 式输 送 机 ， 但是这种平面转 弯输 送机 的 吊挂托辊 组结 构 复 杂 、 投资费用高 。 2 空间转 弯事 实上 ， 大多数的运输线路是 在 铅直面和水平面都 是 同时变化 的 ， 所 以带 式输 送机 必须实现空 间转弯 ， 即在 实 现输送倾 角 变化 的同 时 实现平面转 弯运行 。虽然带式输送机 的空 间转弯 也 有过一些理论和实 践 ， 但 是 至今没 有专 门针对 空 间 转弯的完善 的设计理论 和有效 的布 置结构 。 参 考文献 [ 1 ] 刘宗林 ． 国外 弯曲胶 带输送 机发 展概 况 [ J ] ． 连 续 运输 机械 ， 1 9 8 6 ， 1 3 6 ． [ 2 J 宋 伟刚 ． 散状物 料带 式输 送 机设 计 [ M] ． 沈 阳 东北 大 学 出 版 社 ， 2 0 0 0． [ 3 ] 杨 复兴 ． 胶 带输送 机结构 与计算 下册 [ M] ． 北 京 煤 炭 工业 出版 社 ． 1 9 9 o． [ 4 ] 周 之平 ． 长距离水平 弯 曲胶 带输 送机 [ J ] ． 物 料搬 运 与分 离 技 术 ， 1 9 9 5． 1 3 23 5 ． [ 5 ] 康 清 良 译 ， 于秋 校 ． 在水 平 曲段 使 用索 环 托辊 [ J ] ． 建 筑机 械 化 ， 1 9 9 o， 3 4 I I 一1 5 ． [ 6 ] 孙可 文． 国 内弯曲胶带输 送机 的研究 和应用 概况 [ J ] ． 连 续 运输 机 械 ， 1 9 8 6 ， 1 1 72 1 ． E T ] 孙可文 ． 带式输送 机的传 动理论 与设 计计算 [ M] ． 北 京 煤 炭工 业 出版社 ， 1 9 9 1 ． [ 8 ] 于岩． 胶 带 输送机凸 变坡转弯 运行的理 论分菥[ J ] ． 连续输送技 术 ． 1 9 8 8 ． 4 1 2 2 ． 作者 简介 陈培嫒 1 9 7 3一 ， 女 ， 辽 宁 沈 阳人 ， 东 北 大学 硕 士 研 究生， 工程师， 1 9 9 6年毕业于东北大学真空技术与设备专业， 现从事 教学管理 工作 ． T e h0 2 48 3 6 8 7 6 1 5 ， Em a i l e h e n p e i y mm2 6 3 ． n e t ． 收 稿 日期 2 0 0 5 ． 0 1 ． 2 4 Th e De v e l o p me n t 0 f t he Be l t Co n v e y o r wi t h H0r i z o n t a l Cu r v e s C HEN P e i y mm ．Z HAN Yu eh u 1 ．S ONG W e i g a n g S c h o o l o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g＆ A u t o m a t i o n ． N o r t h e a s t e r n U n i v e r s i t y ． S h e n y a n g l 1 0 0 0 4 ． C h i n a Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r a u t h o r h a s i n t r o d u c e d t } I e d e v e l o p me n t s u r v e y o f t } I e b e l t c o n v e y o r w i t } I h o r i z o n t a l c u r v e s - g a v e s t } I e ma i n a d v a n t a g e s o f i t -a n d i n t r o d u e e d t h e s p e c i a l s t r u c t u r e s i n t h e h o ri z o n t a l c u r v e 8 ． e a u t h o r p o i n t e d o u t t h a t be s i d e s d e v e l o p i n g o n h e a v i e r l o a d- wi d e r wid th - a n d h i 小e r v e l o c i t y - t h e r e a l i z a t i o n o f s ma l l e r c u r v e s a n d s p a c i al c u r v es i s the d e v e l o p me n t al d i r e c t i o n o f t h e b e l t c o n v e y o r w i th h o t i z o n t al c u r v es i n t h e f u t u re ． Ke y wo r d s b e l t c o n v e y o r wi t h h o ri z o n t a l c u r v e s ； s t r u c t u re o f i d l e r s e t s ； s p a c i a l c u r v es ； 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