带式输送机输送带翻转角度研究_李嘉鹏.pdf

第42卷第02期2023年02月煤炭技术Coal TechnologyVol.42 No.02Feb.2023doi:10.13301/ki.ct.2023.02.0510前言随着我国煤炭开采技术的不断提高，煤矿设备进一步向现代化、智能化发展，一些大功率、长距离、高强度的输送机已广泛应用于煤矿井下作业，这些设备解决了生产中很多技术难题，生产效率也得到了很大程度上的提高。煤矿井下不但地理环境复杂、恶劣，对自然灾害的影响也不能忽视。长期以来输送机损坏中输送带遭受煤块、矸石等物料的频繁撞击引起的磨损尤为严重。由于输送带在井下运转时几乎处于不间断工作状态，如果输送带表面磨损到一定程度将会危及生产安全，因此必须报废。但是，已经报废的输送带反面通常仍具有很好的表面光洁度，如若能将输送带另一面翻转使用，可以使输送带的使用寿命延长1/3，并节约大量输送带。输送带翻转装置在国外已经普遍采用，国内学者亦对输送带翻转行为进行了广泛而深入的研究，刘忠源在1996年对研制输送带翻转装置的必要性作了阐述。王增晖等人对翻带装置的设计要点进行了分析总结。程刚等人通过螺旋曲线变形方法，导出了输送带翻转段最小距离计算公式，并针对输送带翻转行为大变形几何非线性特点，开展了非线性有限元仿真分析。本文主要从带式输送机翻带装置形式入手，综合考虑输送带自身的许用强度、工作张力等因素，对斜辊与垂直夹辊式翻转装置翻转长度进行了计算，并对几种计算方法进行比较分析，在此基础上给出斜辊随输送带翻转段位置的安装角度直接计算公式，通过算例说明计算方法的有效性和适用性。1翻转装置形式目前，输送带翻转装置主要在国内外露天长距离带式输送机中应用，翻转装置的基本构造大致有4种形式。无辊式自然翻转如图1所示，在翻转段内除翻转的起止点各设有1对水平夹辊外，中间无需辊子来支承输送带。这种翻转形式仅适用于带宽较窄的输送机。图1无辊式自然翻转形式带式输送机输送带翻转角度研究李嘉鹏，郭春林，范方荣（中煤科工集团上海有限公司，上海200030）摘要：带式输送机的输送带翻转运行可以有效减轻机械磨损，提高工作特性。从带式输送机翻转装置形式出发，充分考虑输送带自身的许用强度、工作张力等因素，对斜辊与垂直夹辊式翻转装置翻转长度进行了计算，并对几种计算公式进行比较分析，在此基础上推导了斜辊的安装角度，利用MATLAB绘制了翻转段任意位置输送带水平夹角与长度关系曲线，其计算结果可为现代带式输送机工程计算提供有益的参考和补充。关键词：带式输送机；翻转装置；翻转距离；翻转角度；斜辊中图分类号：TH222文献标志码：A文章编号：1008 8725（2023）02 211 04Research on Belt Reversal Angle of Belt ConveyorLI Jiapeng,GUO Chunlin,FAN Fangrong(China Coal Technology Engineering Group Shanghai Co.,Ltd.,Shanghai 200030,China)Abstract:The reverse operation of the conveyor belt of the belt conveyor can effectively reduce themechanical wear and improve the working characteristics.Starting from the form of the turnover deviceof the belt conveyor,fully considering the allowable strength and working tension of the conveyor beltitself,the reversal length of the inclined roller and the vertical pinch roller turnover device is calculated,and several calculation formulas are compared and analyzed.On this basis,the installation angle of theinclined roller is deduced,and the relationship curve between the horizontal angle and the length of theconveyor belt at any position of the turning section is drawn by using MATLAB.The calculation resultscan provide a useful reference and supplement for the engineering calculation of modern belt conveyors.Key words:belt conveyor；turnover device；reversal distance；reversal angle；inclined roller211第42卷第02期带式输送机输送带翻转角度研究李嘉鹏，等Vol.42 No.02夹辊式引导翻转如图2所示，此翻转形式是在传统无辊式自然翻转形式的基础上，在翻转段中间位置安装有1对垂直夹辊，这种翻转形式很大程度上减小了翻转段距离，结构也相对简洁，适用性广泛，适合较长距离（大于1 km）的输送带。但这种翻带装置对带宽有一定的要求，仅能使用在带宽B=1.4 m以下的输送机上。图2夹辊式引导翻转形式斜辊和垂直夹辊式是在图2结构的基础上，在翻转段的1/4和3/4处额外各增加1对倾斜压辊（见图3），这样在斜辊与水平夹辊的共同作用下，与图2夹辊式引导翻转相比，改善了水平夹辊对输送带的受力状况，因而对带宽的适用范围也比较广。图3斜辊与垂直夹辊式托辊式支撑翻转如图4所示，此种翻转形式在在无辊式自然翻转形式的基础上，在输送带的非工作面合理布设几个不同倾角的鼓形支撑托辊，这些支撑辊子可自主适应所在翻转段对应位置输送带的各个倾角，以实现输送带的翻转。此种翻转形式对更大带宽输送机更为适用，但结构相对复杂，翻转段距离较长，成本也较前3种翻转形式高。图4托辊式支撑翻转形式2翻转段长度确定输送带的翻转长度对输送带使用寿命和输送机输送效率至关重要。若翻转长度过短，输送带边缘张力过大，会产生撕带的现象。对于煤矿井下带式输送机的工况特性，选用图3所示的斜辊与垂直夹辊式翻转装置。翻转段输送带的形变，主要由3个原因造成：（1）输送带翻转造成的形变；（2）输送带工作张力产生的形变；（3）输送带自重下垂所产生的形变。正常工作状态下输送带下垂变化极小，由下垂量引起的带边变化可以忽略不计。如图5所示建立坐标系，输送带从平放翻转至竖直放置，然后再翻转至平放状态。在此过程中，可假设输送带中心为无形变，输送带的带宽B=AC=MN=EF，翻转段长度L=DG，其AFN和CEM这2段，均为输送带翻转180后伸长变形所形成。图5输送带翻转长度计算示意图由图5可知：AF（B/2）2+（L/2）2+（B/2）2=2B2+L2/2（1）则伸长量L=AF-OD=（2B2+L2L）/2（2）应变值=L/（L/2）（2B2+L2L）/L（3）解式（3）得LB2/2+（4）在实际使用中，输送带实际应变值不能大于自身的许用应变值，即。结合式（4）解得LB/2/2+B/（5）输送带的许用应变在设计中可根据输送带型号查得，输送带最小翻转距离通过式（5）求得，进而依据输送机实际情况选择合适的翻转形式和翻转距离。输送带在翻转过程中，随着边缘张力的增大，中心部分的张力减小，如若设计计算不当或安装调整不佳，很可能造成输送带中部沿纵向起皱或带边缘受力过大造成输送带断裂，这不仅影响输送带的使用寿命，而且是正常翻转装置不能接受的。因此在布置翻转装置时，一定要将其放置在输送带工作张力相对较小的位置，并且翻转段的长度不能过长或过短。过长容易引起输送带起皱，下垂量过大，增加运行中的振动和摆振现象；太短则会使输送带横向应力分布不均匀，增加跑偏量，使输送带产生剧烈变形，影响输送带的使用寿命。参考图5计算模型，考虑到工作张力对输送带造成的影响，输送带实际正常工况下带边总长AF=AF+AF=（1）AF（6）ZXYBGMLKNDF（0，0，B/2）JOL/2E（0，0，-B/2）C（-B/2，L/2，0）A（B/2，L/2，0）212其中，工作张力引起的带边应变值/E（7）工作张力引起的带边伸长量AEgn（8）式中工作应力；gn重力加速度；E带芯材料的弹性模量。则总应变（AF-L/2）/（L/2）=（1）2B2L2L/L（9）解式（9）得L2B（1）（1+）2（1）2（10）根据式（10）和解得LB（1）/（11）式（11）中，当0，即不考虑输送带工作张力产生的带边应变时，其与式（5）一致。如果0，则输送带最小翻转距离的计算结果增大。一般情况下翻转段输送带的正常工作应力与其许用应力之比应小于0.5。假设/=0.3，即/=0.3，由于长距离带式输送机张力较大，一般采用钢丝绳芯输送带，带边伸长率不允许超过钢丝绳的许用伸长率=0.2%，则=0.000 6。3托辊安装角度分析计算输送带作为一种黏弹性材料，具有复杂的力学特性，在受到外部载荷时会发生极大的形变。托辊作为输送带的主要支承部件，对输送机的平稳运行及输送带的使用寿命影响重大。在翻转装置中倾斜托辊作为翻转段输送带唯一的承载装置，不仅引导输送带的翻转过程，也受到承载物料的压力。如若倾斜托辊设计安装不当，必然导致倾斜托辊与翻转段输送带接触不到或接触面积非常小，加剧输送带和托辊局部磨损，频繁更换倾斜托辊。目前常见的斜辊与垂直夹辊式翻转装置中在翻转段的1/4和3/4处各设置1对45布置的倾斜托辊，但此种托辊布置方式与输送带的自然翻转角度未必重合，由于输送带本身的跳动易出现上述倾斜托辊与翻转段输送带接触不到或接触面积非常小的现象，也会造成输送带在经过倾斜托辊前后边缘张力突变，进而影响输送带的使用寿命。因此，对于倾斜托辊的安装角度计算与安装问题不可忽略。由于输送带翻转过程关于垂直夹辊中心对称，两倾斜托辊安装角度和位置也关于垂直夹辊中心对称，故对图5模型中垂直夹辊左边部分加以细化计算。输送带简化后得到模型如图6所示，带宽GN=OQ=B/2，翻转长度GO=L/2。假设翻转段输送带边沿NF与水平面夹角为；输送带边沿NF在水平面内的投影与输送带翻转起始端带宽的夹角为；输送带翻转段任意位置与水平面夹角为。图6输送带翻转长度计算局部示意图带边长度NF=NQ2+OQ2+OF2=-L2()+-B2()+B2()=12L2+2B2（12）同式（6），考虑工作张力对输送带产生的影响，实际正常工作情况下对翻转段有NF=NF+NF=（1+）NF（13）cos=NONF（14）tan=GOGN=L2B2=LB（15）NK=xsin（16）式中x输送带翻转段任意位置到垂直夹棍的距离。KK=NKgntan（17）GN=GN-NN=B2-xtan=B2-BLgnx（18）tan=KKPK=KKGN=NKgntan B2-BxL（19）求解式（13）式（19），可得输送带翻转段任意位置与水平面夹角。以某型钢丝绳芯带式输送机翻转装置为例，带宽B=2 m，使用钢丝绳芯输送带，带边伸长率=0.002，翻转段长度依式（11）取L=60 m。输送带翻转过程关于垂直夹辊中心对称，仍取图6所示输送带翻转段1/2作为研究对象，翻转段前半部分输送带水平夹角与长度关系曲线如图7所示。可以看出当输送带水平夹角45时并非翻转段的1/4处。为提升输送带整个翻转过程的可靠性与稳定性，斜辊和垂直夹辊式通常将倾斜压辊设置在翻转段的1/4和3/4处。在合理的翻转段长度内，翻转段1/4处输送带水平222第42卷第02期Vol.42 No.02带式输送机输送带翻转角度研究李嘉鹏，等ZXYFKxQOGPNKN213第42卷第02期带式输送机输送带翻转角度研究李嘉鹏，等Vol.42 No.02夹角与不同翻转长度关系曲线如图8所示。可以看出随着翻转段长度的增大，翻转段1/4处输送带水平夹角的增长幅度很明显，120 m翻转段长度与60 m翻转段长度之间，输送带水平夹角已相差10以上。也进一步验证了上文输送带水平夹角45时并非翻转段的1/4处的推论。图7输送带水平夹角与长度关系曲线图图8翻转段1/4处水平夹角与翻转长度关系曲线图4结语本文对带式输送机斜辊和垂直夹辊型翻转装置的输送带翻转行为进行了工程数学建模，分析推导了自然状况和考虑工作张力影响下输送带翻转段的最小翻转距离，给出了斜辊安装角度的计算公式，以带宽2 m的输送带为例，绘制了翻转段前半部分输送带水平夹角与长度关系曲线，以及翻转段1/4处输送带水平夹角与不同翻转长度关系曲线。计算结果可为进一步深入研究输送带翻转行为提供有益的参考。参考文献：1陈富,祁晶翻转装置在运输粘结性矿岩的带式输送机中的应用J.中国新技术新产品,2015(17):33-34.2王增晖,赵成明带式输送机翻带装置设计要点J.起重运输机械,2017(1):7-10.3程刚,郭永存,董祖伟,等带式输送机输送带翻转行为的工程计算与非线性模拟仿真J.矿山机械,2015,43(7):63-66.4周家麒胶带翻转装置的结构及翻转段的计算J.起重运输机械,1987(5):25-29.5张振文,宋伟刚带式输送机工程设计与应用M.北京:冶金工业出版社,2015.6贾兰辉,何青,杜冬梅,等带式输送机皮带翻转段设计新方法C/中国动力工程学会第三届青年学术年会论文集，2005-10，中国南京：动力工程编辑部，2005:440-444.7金希德胶带翻转装置新技术的推广应用J.煤矿机械,1991(4):44-48.8张媛,李世宁,刘锦山,等基于应变分析的带式输送机翻带长度计算方法J.起重运输机械,2013(8):53-55.作者简介：李嘉鹏（1995-），陕西宝鸡人，助理工程师，硕士，主要从事矿山运输机械的设计与研究工作，电子信箱：.责任编辑：李景奇收稿日期：20220304100515翻转段长度/m夹角/（）90807060504030201020253060翻转段总长度/m夹角/（）6866646260585654708090100110120214