长距离水平弯曲带式输送机研究及应用

浅析长距离水平弯曲带式输送机的研究及应用
摘要：本文在介绍水平弯曲带式输送机实现弯曲运行措施的基础上，还阐述了其自然变向的力学原理以及合理确定转弯半径的方法，并给出了弯曲段半径的计算式，为水平弯曲带式输送机的设计、安装及使用提供必要的理论依据。

关键词：带式输送机水平弯曲运行措施转弯半径
中图分类号：th222文献标识码： a 文章编号：
一前言
带式输送机的发展已有150多年的历史，早期的皮带输送机是用皮革或用皮革加纤维织物之类的材料制造而成的，之后随着物料运输量的增大，带式输送机取得了巨大的发展，出现了多种新型结构的带式输送机。

其中最具有代表性的主要有：大倾角带式输送机、气垫带式输送机、管状带式输送机、平面转弯带式输送机、线摩擦带式输送机等。

随着我国煤炭工业的迅速发展，矿井运输量日益增大，一些大运量、长距离的大型带式输送机相继产生。

但这些带式输送机都存在一个缺点，就是不能适应弯曲巷道。

受此限制，有些矿井采用多台普通带式输送机串联使用，组成一条长距离的带式输送机线。

这种靠数台串联的带式输送机来适应输送方向变化的方法，在经济效益、运转效率和可靠性等方面，均难以满足现代生产的客观要求。

为了减少设备台数和转载次数，实现长距离且适应弯曲巷道无转载的运输，水平弯曲带式输送机得到了广泛应用和发展。

二弯曲带式输送机的类型
平面转弯有两种形式，即强制导向转弯和自然变向转弯，强制导向转弯是采用特种结构的输送带与机架带床强制实现转弯或在变向处设置专门的装置实现转弯变向，此类输送机一般结构复杂，适用于转弯角度在8～900的巷道。

自然变向转弯是自然弯曲运行，即非强制性转弯。

水平弯曲带式输送机就是属于此种类型，它是采用普通输送带，经过计算得出转弯半径，并根据此半径沿输送线路布置其托辊组，输送带可在其上弯曲运行而不致跑偏。

此类带式输送机结构简单，便于维护，适用于转弯角度小的巷道（0～260）。

三实现弯曲运行的措施
为使带式输送机实现自然变向转弯，在带式输送机的弯曲段一般需采取三个措施，即基本措施、附加措施和应急措施。

1 基本措施
①使转弯处的托辊具有安装支撑角，它是在转弯处使托辊的内侧端向输
送带运行方向移动而形成。

如图1所示，带式输送机转弯半径为r；每一个托辊间距所对圆心角为δα；带速为v，其方向与曲线的切线方向相同；在此弯曲段，其托辊组的轴线方向与曲线的法向方向不一致，而是有一个夹角φ。

图1 托辊安装支撑角及摩擦力分析示意图
输送带速度为v，托辊旋转的圆周速度为vt，由于安装支撑角φ的存在，则相对滑移速度为δv；则托辊作用在输送带上的摩擦力t′应与δv的方向相反，其值为
t′=τ（q+qd）gnrμδα①
t/在离心方向的分力为t
t=τ（q+qd）gnrμδαcosφ②
t的切向分力
t″=τ（q+qd）gnrμδαsinφ③
式中：
τ——摩擦力利用系数；
q——物料单位长度线载荷 kg/m；
qd——输送带单位长度线载荷 kg/m；
μ——输送带与托辊间的横向摩擦系数；
δα——与托辊组间距所对应的圆心角 rad；
φ——安装支撑角（0）；
gn——重力加速度 m/s2。

从图1可以看出，分力t″是由于φ而对输送带产生的附加阻力；分力t是托辊作用在输送带离心方向的横向推力，它的作用是平衡张力s和（s+δs）所产生的向心力，是保证输送带在弯曲段内平稳运行的重要因素。

由②和③式可知φ愈小，则t愈大，而t″愈小，故可知φ愈小愈有利，但不能使φ=0，否则δv将为零，将不会产生托辊给予输送带向外的推移之力t，则输送带将逐渐向内侧
移动。

故一般按经验取φ=0.50。

②增大成槽角φ0
如图2所示，成槽角φ0是侧托辊轴线与中间托辊轴线形成的夹角。

φ0
愈大，不但使转弯半径减小，而且使输送带具有自动居中调节的能力。

目前我国普遍采用的三托辊形式，其槽角一般在300~350，最大可为450。

因为φ0过大，输送带易在侧托辊与中间托辊拐角处产生纵向断裂。

应该注意的是，由于转弯处成槽角的变化，使相应的机架、托辊座或连接装置有所改动。

同理，为了改善回程分支输送带的居中自动调节性能及减小回程转弯半径，故回程分支输送带可采用v形托辊组支撑，其成槽角为φ0。

图2 内曲线抬高角γ与成槽角φ0的构成
2 附加措施
①构成内曲线抬高角γ如图2,输送带在转弯处的内侧边所形成的曲线叫内曲线，而另一侧边叫外曲线。

由于内曲线抬高，中间托辊轴线与水平面的夹角称内曲线抬高角。

其目的是减小转弯半径，则易于实现平稳转弯。

当然γ愈大可使转弯半径愈小，但过大会使输送带物料向外侧滚动导致洒料。

理论及实践证明抬高角γ≤50为宜，一般取γ=30~50。

②对采用单托辊组的回程分支，在两回程托辊之间的输送带上面加压辊
如图3，以增大托辊给输送带的横向摩擦力，可以减小回程分支所确定的转弯半径。

图3回程分支加压辊示意图
3 应急措施
在转弯处输送带的内、外两侧加装立辊。

限制输送带的跑偏，这是一种备而不用或尽可能避免采用的措施。

假如这种措施经常发生作用，将缩短输送带的寿命。

四转弯半径的确定
合理的确定转弯半径是水平弯曲带式输送机设计的一个关键技术。

弯曲半径应满足三个条件：力的平衡条件、输送带在转弯处的最大应力不得超过允许值及输送带不得脱离支撑托辊。

1 满足力的平衡条件所需的弯曲半径r1
在转弯处应保证输送带在任何正常工况下不发生跑偏，而跑偏的根本原因在于力的不平衡。

根据转弯处诸力的平衡方程可以导出满足力学平衡条件的最小转弯半径为：
r1= ③
式中，r1——满足力的平衡条件的最小转弯半径 m；
sy——直线段与曲线段相遇点的张力 n；
qt——承载分支转弯处托辊旋转部分单位长度的线载荷 kg/m；qd——输送带单位长度的线载荷 kg/m；
ω、——承载输送带沿托辊运行阻力系数；
θ——转弯所对应的圆心角 rad；
μ0——导出摩擦系数。

2满足输送带在转弯处的最大应力不超过允许值的最小转弯半径r2
在转弯处，如果转弯半径为常数，输送带中线为中轴线，则输送带的外缘相对被拉伸，而内缘相对被压缩。

显然相对拉伸和压缩的变形量与转弯半径有关，并随其减小而增大。

因此，应保证输送带的外缘应力不超过其许用应力，则满足此条件的最小转弯半径为：r2= ⑤
式中：r2——满足输送带外缘应力条件的最小转弯半径 m；se——输送带的许用应力 n；
sl——转弯终点的输送带许用张力 n；
b——带宽 m；
e0——输输送带的拉伸刚度 n；
3 满足输送带外侧不离开托辊的最小转弯半径r3
转弯半径过小时，有可能发生输送带在外侧托辊上的输送带产生飘带现象，导致输送机不能稳定运行。

满足输送带外侧不产生飘带的最小转弯半径为：
r3= ⑥
式中，r3——满足输送带外侧不产生飘带的最小转弯半径 m；sm——转弯段输送带张力的最大值 n；
λ——外侧输送带与水平线的夹角；
通过以上计算，确定同时满足3个条件的最小转弯半径
r=max{r1、r2、r3}
五结束语
水平弯曲带式输送机是根据力学平衡原理而设计的自然变向转
弯带式输送机，解决了带式输送机设计中经常遇到在一条线路上，而不是在同一条直线上，需要增加中间转载，从而影响经济效益、输送效率及可靠性等关键问题。

水平转弯取消了缓冲器、清扫器、导料槽等磨损件；无物料溢出或堵塞的危险；减少粉尘飞扬和噪声，使系统供电及控制系统更集中；有利于保护环境；取消了中间转载卸料高度，减少了不必要的能耗。

水平弯曲带式输送机结构简单，便于维护，是一种比较适合井下实际情况的新型、高效煤矿运输设备，具有广阔的发展前景。

参考文献
1 马庆林转弯带式输送机的研究与应用[j].矿山机械2006（11）：94-95.
2 毛君夏秋仲.水平弯曲带式输送机转弯段受力浅析[j]。

煤矿机械，2006（4）：599-601.
3 张尊敬汪甦.dtii(a)型带式输送机设计手册[m].北京：冶金工业出版社.2003.。