【正文】 例如 在 帶 式 輸送機(jī) 啟動(dòng) 和 制動(dòng) 時(shí) 。 有限元 一體化為有彈性 的 彈簧 和 塊 。三維波動(dòng) 理論被用來研究 大 的局部受 力 傳輸?shù)臅r(shí)間 和沿 輸 送帶 的 干擾傳輸?shù)?位移 [7]。 優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(jī)的各零部件確定的位 置和尺寸的大小， 例如驅(qū)動(dòng)，閘和飛輪， 可由 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法 確定 。 穩(wěn)定操作包括傳送帶穩(wěn)定 運(yùn)行時(shí)的 張 力 、相對(duì)各種物料載荷的能量 消 耗 和相關(guān)的 工作環(huán)境 情況。 在 這些 設(shè)計(jì) 方法 中輸 送帶 被認(rèn)為 是剛性 的 ， 靜止的 。 輸 送帶速度的選擇是總 的 設(shè)計(jì)過程的一部分。使用高速 輸 送帶 的 目 的并 不 在于 它 本身。本文 將輸 送帶速度在 10 和 20 m/s 之間的 定義 為高 速 。 現(xiàn)在 ，傳送帶 以 8 m/s 的速度運(yùn)行 是沒有問題的 。 1 概述 過去的 研究 已經(jīng)證實(shí) 使用窄 帶 輸送機(jī) 的經(jīng)濟(jì) 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(jī)適于長距離輸送 。一 種新的計(jì)算輸送帶速度對(duì)安全 系數(shù)的影響的 方 法 在本文中被 介紹。 一種計(jì)算輸 送帶的能源消耗 的方法就是 通過 考慮運(yùn)輸過程中的各種能量損耗來進(jìn)行 估 算的 。 然而 輸 送帶速度 的 選擇 又受到各種實(shí)際條件的 限制，在本文 有這方面的討 論。附件 A 高速帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì) G. Lodewijks，荷蘭 摘要 本文主要探討 高速帶 式 輸送機(jī)設(shè)計(jì) 方面的問題 。帶 式 輸送機(jī)的 輸送量取決于輸 送帶 的 速度 、 傳送帶寬度和 托輥槽形 角。 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(yùn)行的 穩(wěn)定 性 。 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(qiáng)度 。 最后 ， 輸 送帶速度的沖擊對(duì) 各組成部分的 選擇和對(duì)中轉(zhuǎn)站設(shè)計(jì) 的影響 也在本文中 被 討 論。 例如 圖 [1] [5]。 無論怎樣 ， 輸送帶 速度 在 10m/s 到20 m/s 在 技術(shù)上是 (動(dòng)態(tài)地 )可行的，并且也許 在 經(jīng)濟(jì)上 也是 可行的。 輸 送帶速度在 10m/s 之下的 定義 為低速 。 如果 使用 高速 輸 送帶不是經(jīng)濟(jì)上有利， 或則， 如果安全和可靠的操作沒有保證 的，那么就 應(yīng)該選擇低速 輸 送帶。 靜態(tài)或穩(wěn)定 的 設(shè)計(jì)方法決 定了 帶 式 輸送機(jī)的 優(yōu)化 設(shè)計(jì)。 這 增加了輸送機(jī) 穩(wěn)定 運(yùn)行的質(zhì)量和也決定了帶式 輸送機(jī) 各零部件的尺寸 。 應(yīng)該體會(huì) 到找到 最 優(yōu) 的設(shè)計(jì) 不 是一次性 的 努力，而是一個(gè) 反 復(fù) 的 過程 [6]。 在這些設(shè)計(jì)方法 中 ，也 涉及 動(dòng)態(tài)分析， 輸 送帶 可看作 是一個(gè)三維 的 彈性體。 在這種理論 中 ， 輸 送帶被劃分成一系列的有限元。 有限元素的結(jié)構(gòu)性特征 能 代表 輸 送帶的 流 變特征。 本文 主要討 論高速 輸送機(jī)的 設(shè)計(jì)，特 別是使用高速 輸 送帶對(duì) 輸 送帶 在 能源消耗和安全 系數(shù) 要求 方面的影響 。 高速帶 式 輸送機(jī)設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要方面是高效率的 裝料和卸載的合理 安排。 2 帶速 傳送帶速度選擇 整體皮帶輸送機(jī) 的 最低 成本 在傳送帶寬度 到 m 的系列 范圍內(nèi) [2]。 圖 1 例子顯示 了 傳送帶速度和傳送帶寬度的組合 所達(dá)到 的 具 體 輸送機(jī)的輸送 量。和 20 176。 第一個(gè)方面是傳送帶的 可成槽性， 在 圖 1 沒有 給出 與 輸 送 帶強(qiáng)度 (規(guī)定值 )的聯(lián)系， 這 部分取決于 輸送 機(jī) 的 長度和海拔。 如果 輸 送帶 沒有 充足的 可成槽性就 不會(huì) 有 適當(dāng)?shù)?運(yùn)行軌跡 。 通常，傳送帶制造者期待 輸送機(jī) 空載時(shí)， 40%傳送帶寬度 上進(jìn)行著直線運(yùn)行，并且與承載托 輥的正 常接觸 。 如果相對(duì)空速超出某些極限后灰塵將 產(chǎn)生重要影響 ?？账俚南鄬?duì)極限取決于四周情況和粒狀材料特征。 隨著傳送帶速度的增加，噪聲級(jí) 別也 通常增加。 雖然噪聲級(jí)受 輸送機(jī)的 支持結(jié)構(gòu)和 輸送機(jī)的覆蓋 層 的設(shè)計(jì)的影響很大，這也是選擇 輸 送帶速度的一個(gè)限制因素。 為了節(jié)省 能量 ， 傳送帶速度 應(yīng) 調(diào)整與 供料點(diǎn)的 粒狀 物 料 特性匹配 。 傳送帶速度可以在物質(zhì) (容量 )輸入點(diǎn) 進(jìn)行 調(diào)整。 傳送帶 帶槽在 恒定的裝填 時(shí) 產(chǎn)生一個(gè)最 優(yōu) 的裝貨比率，并且每個(gè) 輸 送物 料單 元被 期望消耗能源量 最 低。 與提供的 各種 粒狀 物 料流的 相對(duì)應(yīng)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(dòng)和制動(dòng)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(gè)輸送機(jī)系統(tǒng)中控制系統(tǒng)要求控制 輸送機(jī)各 個(gè)輸送部分 ? 恒定的高 速 傳送帶 的預(yù)緊力 ? 在 托 輥的 上 恒定的 大 粒狀 物 料 裝載 一個(gè) 預(yù)先 節(jié)能 的 分析 將決定 設(shè)計(jì) 安裝更加昂貴，更加復(fù)雜的輸送機(jī)系統(tǒng)是否值得。 對(duì)于長 距離運(yùn)輸 系統(tǒng)，能源消耗主要取決于 托輥 工作 時(shí)所 克服 的壓力的抵抗力 [9]。 對(duì)于廠內(nèi)的帶式輸送機(jī)，在受載區(qū)域運(yùn)行時(shí)所 受 側(cè)抵抗也影響的 能源消耗。 皮帶輸送機(jī)的必需的推進(jìn)力取決于總摩擦阻力和總物質(zhì) 提升 力的總和。 ，但 它不能 在 最大推 動(dòng) 力 時(shí)確定 輸送機(jī)系統(tǒng)的能源消耗是否是合理。 運(yùn)輸效率 有 很多 方法比較運(yùn)輸效率。 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。 它 也 考慮到傳送帶的 質(zhì) 量， 托輥 的折算質(zhì)量和被運(yùn)輸?shù)牟牧系?質(zhì) 量。 第二個(gè)方法將比較運(yùn)輸費(fèi)用， 如 kwhr 或 ton/km 或者 $/ton/km。 使用運(yùn)輸費(fèi)用的缺點(diǎn)是它不直接地 反映 輸送機(jī) 系統(tǒng)的效率 三 、 多數(shù) “ 單 純的 ” 方法是比較運(yùn)輸 中的 損失因 數(shù) [10]。 運(yùn)輸工作被定義 為 粒狀材料被運(yùn)輸?shù)臄?shù)量和平 均運(yùn)輸速度。 缺點(diǎn)是運(yùn)輸 損耗因數(shù) 取決于材料的被運(yùn)輸?shù)臄?shù)量，暗示它不能 認(rèn)為 是為一臺(tái)空 載 的皮帶輸送機(jī)。 滾筒 被做 成 象鋼或鋁的相對(duì)地堅(jiān)硬材料，而 輸 送帶 的覆蓋層 由 橡膠或 PVC的更軟的材料制成。 傳送帶的 底部覆蓋層 的壓縮部分 的恢復(fù) ， 由于它的黏彈性將花費(fèi) 一些 時(shí)間。 這 個(gè)抵抗 抵抗力 的合力的 量 稱為滾筒的 抵抗力。 圖 2 ： 傳送帶和 滾筒之間引起的 不對(duì)稱 應(yīng)力 [7] 知道滾筒的 抵抗 力與 傳送帶速度 的關(guān)系對(duì) 適當(dāng)?shù)倪x擇傳送帶速度 很 重要 [11]。 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 。 所以，隨著傳送帶速度的增加， 滾筒的 抵抗 力會(huì) 成比例減少。 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(huì) 隨之 減少 。 隨著傳送帶速度的增加， 滾筒的 抵抗 力會(huì) 減少。 這些 特性 取決于變形率，看圖 3。 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(gè)相對(duì)地小 的量 。 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) 。 應(yīng)該體會(huì) 滾筒 抵抗 力 ，雖然重要，不是唯一的速度 依靠的阻力 。 垂直的裝載的作用，直接地取決于傳送帶速度，是 主要 方面 。 另一抵抗 力的產(chǎn)生是 由于疏松固體物料在輸入點(diǎn)的加速度。 特別是廠內(nèi)的 皮帶輸送機(jī) ， 這 力的 影響很 小 。 槽形托輥 角度 ，附加 角度和 物料 密度各自取 35 176。和 850 kg/m3。 這個(gè)圖 與圖 1 有些相似。 所需 傳送帶 驅(qū)動(dòng) 力 減少， 在圖中可以看出 隨著傳送帶速度的增加 ，驅(qū)動(dòng) 力 的 增加 ，輸送帶強(qiáng)度下降 。 運(yùn)輸損失因素總是高于 DIN f 因素，因?yàn)?DIN f 因素考慮傳送帶的 體積 (在分母 )，而運(yùn)輸損失因素只 考慮了 疏松固體物料的 體積 。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。 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。 這 個(gè) 情況 要求充分地 利 用底部化合物的節(jié)能作用。 合理的 滾筒 抵抗 力 表現(xiàn)的化合物顯示在 以下。在 這 個(gè)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(duì) 皮帶輸送機(jī)能源消耗的影響， 。如果僅一位傳送帶制造商提供 這個(gè)輸送帶 ，這種低 滾筒抵抗力 化合物的特別傳送帶 就 不應(yīng) 被 選擇。 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(fèi) 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(jì) 要求 ， DIN 22101， ISO 5048， 和 CEMA 標(biāo)準(zhǔn) 都 提供傳送帶裝載可 允許 的 安全 系數(shù) (SF)的極限。 一般來說在穩(wěn)定連續(xù) 運(yùn)行時(shí)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 。 所有這六個(gè)項(xiàng)目，當(dāng)確定安全 系數(shù) 時(shí)， 都 應(yīng)該 被 考慮到。 DIN 22101 標(biāo)準(zhǔn) 使用三個(gè) 約簡因數(shù) 。 第二 (r1)考慮 傳送帶在轉(zhuǎn) 彎 區(qū)域和 皮帶 輪等 產(chǎn)生的 額外力。 所 需的極小的安全 系數(shù) 可以 按下式進(jìn)行計(jì)算 ： SF=1/(1(r0+r1+r2)) (1) DIN 標(biāo)準(zhǔn)也給三個(gè) 約簡 因數(shù) 的值。 依據(jù) DIN 標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計(jì)的 長 距離 帶 式 輸送機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 是完全可以應(yīng)用的。 這些因素 應(yīng)該被 考慮 ，為了 達(dá)到傳送帶定制安全 系數(shù)的要求，輸送機(jī)系統(tǒng) 操作的數(shù)據(jù) 應(yīng)該被考慮到 。 假設(shè)， 因數(shù) r0 在 10,000 個(gè)載 荷循環(huán) 周期 內(nèi) 隨裝載周期 log1O線性地 (傳送帶的 發(fā)展隨著 皮帶輸送機(jī) 發(fā)展的 )從 0 到 減少 (DIN 標(biāo)準(zhǔn)的略計(jì) ) ： r0= log10(N) (N) (2) 式中 N 為載荷的 循環(huán) 次 數(shù)。 現(xiàn)在假設(shè)，在設(shè)計(jì)的 輸送 機(jī)的長度 10,000 m 之下， 輸送機(jī)一年工作 5000 個(gè)小 時(shí) ，有 5年的 使用壽命 。 圖 9 是 式 (3)更 形象化 的說明 。 結(jié)果 如 圖 10 顯示。 圖 11 ： 所 舉的例子 所 需安全因素的極小值 從圖 11 可以 知道 要保證 以 2 m/s 速度 穩(wěn)定 運(yùn)行的輸送機(jī) 的 設(shè)計(jì) 所 需的 最 小的安全 系數(shù) 約為 ， 在 傳送帶 運(yùn)行速度為 20 m/ 擴(kuò)大 為 10。 以上 給定的圖表 和數(shù) 據(jù)僅 說明 這個(gè)過程 。 5 皮帶輸送機(jī)動(dòng)力學(xué) 實(shí)質(zhì)上皮帶輸送機(jī)的動(dòng)力學(xué) 性能 不 隨著 傳送帶速度改變。 本文 不打算 充分談?wù)撈л斔蜋C(jī)動(dòng)力學(xué)。 無論怎樣 ，關(guān)于高速 輸送 機(jī) 的 動(dòng)力學(xué) 的一些注釋在這里需要提到 。 共鳴產(chǎn)生 將 增加的 滾筒 軸承 的磨損 和 使得 傳送帶 能量消耗的 增加， 隨著 橫向振動(dòng) 振幅的 增加 ，輸送帶引起顫動(dòng)，所以 必須避免 共 振 。因此設(shè)計(jì)皮帶輸送機(jī) 時(shí) ， 應(yīng)該避免 共 振 的，并且 要最大的利用現(xiàn)有的 靜態(tài)設(shè)計(jì)方法，以便最 經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì) 帶式輸送機(jī) 。 如果傳送帶 沒有合適的運(yùn)行軌跡輸送帶 將會(huì) 隨著傳送帶速度的增加 而跑偏，輸送帶向 旁邊位移和 向 旁邊位移率 隨著速度的增加而 增加。 并且傳送帶制造商 應(yīng)盡 最大 的 努力做平直的傳送帶和 制造更好 的 輸 送帶接 頭 。 對(duì)于 水平 運(yùn)輸 的傳送帶曲線設(shè)計(jì) 部分 可以做出相似的 結(jié) 論。 在 (被中止的 )起飛和 (緊急狀態(tài) )停止 時(shí) ，特別是 在 大張 力 變 化 期間傳送帶將向側(cè)面發(fā)生移動(dòng)。利用 低 速輸送機(jī) 靜態(tài)設(shè)計(jì)方法 可以 確定最大 的 邊位移。 除了開始和停止將花費(fèi) 更多 時(shí)間 外， 正常操作的開始的和停 止 的 過程 不會(huì) 對(duì)高速 輸送 機(jī) 造成 改變。 一 般 來說，緊急剎車 的過程可以通過停止 驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)的運(yùn)行，這樣可以使輸送機(jī) 在短的時(shí) 間內(nèi)停止，并且， 這樣不會(huì) 損壞皮帶輸送機(jī)。 然而 高速 輸送機(jī)的大量能量（ 二次方地增加隨著傳送帶速度的增加 )不得不通過制動(dòng)系統(tǒng)來轉(zhuǎn)化，所以這要求消耗更多的時(shí)間。因此對(duì)于高 速輸送機(jī) 適當(dāng) 增加 安全 防護(hù)設(shè)備 是 非常 重要的。 一般 認(rèn)為 ，與低速輸送機(jī)相比，高速輸 送機(jī)的托輥的 直徑將被增加 ，具體原因如下： ? 低速旋轉(zhuǎn) 托輥 軸承可以 應(yīng) 用 在滿足使用壽命 的 低速皮帶輸送機(jī)。 托輥的 直徑 對(duì)托輥的性能有很重要的影響 。 另外 可允許操作溫度限制滾柱軸承速度。 當(dāng) 受 純 徑向載荷 時(shí) 深溝球軸承可以滿足輸送機(jī)的 最高的速度 要求 ，