外文翻譯--高速帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　附件A</b></p><p>　　高速帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)</p><p>　　G. Lodewijks，荷蘭</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　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

2、形角。 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。 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。 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。 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。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。 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

3、論。</p><p><b>　　1 概述</b></p><p>　　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(zhǎng)距離輸送。 例如圖[1] - [5]。 現(xiàn)在，傳送帶以8 m/s的速度運(yùn)行是沒有問題的。 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。

4、本文將輸送帶速度在10和20 m/s之間的定義為高速。輸送帶速度在10m/s之下的定義為低速。使用高速輸送帶的目的并不在于它本身。 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。</p><p>　　輸送帶速度的選擇是總的設(shè)計(jì)過程的一部分。 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)。 在這些設(shè)計(jì)方法中輸送帶被認(rèn)為是剛性的，靜止的。 這增加了輸送機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的

5、質(zhì)量和也決定了帶式輸送機(jī)各零部件的尺寸。 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。 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]。</p><p>　　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。 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)

6、三維的彈性體。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)奈灰芠7]。 在這種理論中，輸送帶被劃分成一系列的有限元。 有限元一體化為有彈性的彈簧和塊。 有限元素的結(jié)構(gòu)性特征能代表輸送帶的流變特征。 動(dòng)態(tài)分析產(chǎn)生在動(dòng)態(tài)操作時(shí)輸送帶產(chǎn)生的張力和能量消耗，例如在帶式輸送機(jī)啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)。</p><p>　　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

7、。 使用高速輸送帶也要求輸送機(jī)的各零部件有高可靠性，例如托輥組應(yīng)達(dá)到所要求的使用壽命。 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。 這些方面在本文中將被簡(jiǎn)單地討論。</p><p><b>　　2 帶速</b></p><p>　　2.1 傳送帶速度選擇</p><p>　　整體皮帶輸送機(jī)的最低成本在傳送帶寬度0.6

8、到1.0 m的系列范圍內(nèi)[2]。 所要求的輸送量可以在這個(gè)傳送帶寬度范圍中選擇和也可以選擇符合輸送量要求的任何必要的輸送帶速度。 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。 在本例中假設(shè)，物料的容積密度是850 kg/m3 (煤炭)，并且槽形托輥的槽角和附加角分別為35 °和20 °。</p><p>　　圖1 ：各種輸送帶的寬度相對(duì)不同的輸送量的熟送帶的速度<

9、;/p><p>　　然而傳送帶速度選擇又被實(shí)際工作環(huán)境限制。 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(zhǎng)度和海拔。 為使送帶的可成槽性被保證必須選擇傳送帶寬度和強(qiáng)度。 如果輸送帶沒有充足的可成槽性就不會(huì)有適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行軌跡。 這導(dǎo)致傳送帶連續(xù)運(yùn)行的不穩(wěn)定，特別是高速傳送帶，這是不允許的。 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

10、托輥的正常接觸。</p><p>　　第二方面是空氣在傳送帶上相對(duì)疏松固體物料的速度（空氣相對(duì)速度)。 如果相對(duì)空速超出某些極限后灰塵將產(chǎn)生重要影響。 這特別是對(duì)礦井產(chǎn)生了潛在問題影響，因?yàn)榈V井為了通氣存在向下氣流?？账俚南鄬?duì)極限取決于四周情況和粒狀材料特征。</p><p>　　第三個(gè)方面是帶式輸送機(jī)系統(tǒng)引起的噪聲。 隨著傳送帶速度的增加，噪聲級(jí)別也通常增加。 在住宅區(qū)噪聲級(jí)限于65dB

11、。 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。</p><p>　　2.2 輸送帶速度變化</p><p>　　帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的能量消耗隨傳送帶速度的變化而變化，這將在第3部分中論述。 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。 如果傳送帶正在滿載運(yùn)行，那么它應(yīng)該運(yùn)行在高(設(shè)計(jì))速度。 傳送帶速度可以在物質(zhì)(容量)輸

12、入點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。 這將維持傳送帶在帶槽內(nèi)的連續(xù)裝填和在傳送帶的連續(xù)的粒狀材料的裝載。 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。 比較各種傳送帶速度不同的輸送機(jī)能源消耗相差將近10% [8]。</p><p>　　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：</p><p>　　? 在裝載區(qū)的傳送帶有較少的磨損</p>

13、;<p><b>　　? 更低噪聲輻射</b></p><p>　　? 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</p><p><b>　　不足包括：</b></p><p>　　? 驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)系統(tǒng)的可控性的投資成本</p><p>　　?

14、 伴隨傳送帶速度變化的放電拋物線的變化</p><p>　　? 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</p><p>　　? 恒定的高速傳送帶的預(yù)緊力</p><p>　　? 在托輥的上恒定的大粒狀物料裝載</p><p>　　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。</p>&l

15、t;p><b>　　3 能源消耗</b></p><p>　　客戶可能要求輸送機(jī)系統(tǒng)的能源消耗的規(guī)格，例如定量限制最大值kW-hr或ton/km，在計(jì)劃的線路上滿足運(yùn)輸疏松固體物料的設(shè)計(jì)要求。 對(duì)于長(zhǎng)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]。 這傳送帶抵抗力，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)是由于托輥上的膠帶覆蓋層的黏彈性(被延遲的時(shí)間)在受壓時(shí)產(chǎn)生的。 對(duì)于廠內(nèi)的帶式輸送機(jī)，在

16、受載區(qū)域運(yùn)行時(shí)所受側(cè)抵抗也影響的能源消耗。 側(cè)抵抗包括發(fā)生在輸入點(diǎn)物料加速度的抵抗和在滑道的側(cè)面上的摩擦和抵抗。</p><p>　　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。 摩擦阻力包括滯后損失，它可以認(rèn)為作為黏摩擦(與速度有關(guān))的組成部分。，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。 比較不同的運(yùn)輸系統(tǒng)的能源消耗的最佳的方法將比較他們的運(yùn)輸效率。</p>&

17、lt;p><b>　　3.1 運(yùn)輸效率</b></p><p>　　有很多方法比較運(yùn)輸效率。 第一種，也是廣泛被運(yùn)用的方法是比較等效摩擦因子，例如DIN f因素。 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。 使用一個(gè)等效摩擦因子缺點(diǎn)是它不是‘單純的’效率數(shù)字。 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)牟牧系馁|(zhì)量。 一個(gè)單純的效率數(shù)字，僅考慮到被運(yùn)輸物料的質(zhì)量。&l

18、t;/p><p>　　第二個(gè)方法將比較運(yùn)輸費(fèi)用，如kw-hr或ton/km或者$/ton/km。 使用運(yùn)輸費(fèi)用的好處是這個(gè)數(shù)字因管理目的而廣泛應(yīng)用。 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</p><p>　　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)輸損失因數(shù)是基于克服摩擦損失的推進(jìn)力的要求和運(yùn)輸工作之間的比率而定的 (忽略驅(qū)動(dòng)效率和功率損失或者粒狀物料的上升/降

19、低的要求)。 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。 使用運(yùn)輸損耗因數(shù)的好處是他們可以與其他交通工具運(yùn)輸比較損失因素，象卡車和火車。 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)。</p><p>　　下面列舉了一些運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)輸損耗因數(shù)來說明這個(gè)概念：</p><p><b>　　連續(xù)運(yùn)輸：</b></p&g

20、t;<p>　　? 泥漿運(yùn)輸大約為0.01</p><p>　　? 皮帶輸送機(jī)大約在0.01和0.1之間</p><p>　　? 振動(dòng)的喂料機(jī)在0.1和1之間</p><p>　　? 氣力輸送機(jī)大約為10</p><p><b>　　不連續(xù)運(yùn)輸：</b></p><p>　　? 船安

21、全系數(shù) 在0.001和0.01之間</p><p>　　? 火車約為0.01</p><p>　　? 卡車 約在0.05和0.1之間</p><p>　　3.2 滾筒抵抗力</p><p>　　對(duì)于長(zhǎng)的陸上運(yùn)輸系統(tǒng)，被完成的工作主要取決于克服滾筒抵抗力的能源消耗。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

22、制成。 因此輸送帶的底部覆蓋層傳送帶在滾筒上移動(dòng)產(chǎn)生凹痕，這歸因于傳送帶的重量和粒狀物料的重量。 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。輸送帶的底部覆蓋層在這個(gè)時(shí)延中將在傳送帶和滾筒之間產(chǎn)生了不對(duì)稱應(yīng)力，看圖2。 這個(gè)抵抗抵抗力的合力的量稱為滾筒的抵抗力。 這力的大小取決于覆蓋層材料的黏彈性，滾筒的半徑，傳送帶的重力和疏松固體物料的重量和傳送帶在垂直平面的產(chǎn)生曲線的曲率半徑。</p><p

23、>　　圖2 ： 傳送帶和滾筒之間引起的不對(duì)稱應(yīng)力[7]</p><p>　　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]。</p><p>　　圖3 ：典型膠面滾筒的損失因素[7]</p><p>　　首先，滾筒的抵抗力取決于作用在傳送帶的上的垂直載荷，是傳送帶和粒狀材料重量的總和。 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

24、力隨之減少2.52。 可以認(rèn)為輸送機(jī)的輸送能力是隨著傳送帶速度的增加而使大塊物料裝載隨之減少。 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。</p><p>　　其次，滾筒的抵抗力取決于槽型托輥的大小。 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1.58。 一般來說槽形托輥直徑隨著傳送帶速度的增加而增加，但也受到軸承必要的使用壽命的限制。 隨著傳送帶速度的增加，滾筒的抵抗力會(huì)減少。</

25、p><p>　　第三，滾筒的抵抗力取決于傳送帶的覆蓋層材料的黏彈性。 這些特性取決于變形率，看圖3。 在它的轉(zhuǎn)彎處的變形率取決于傳送帶覆蓋層的變形區(qū)域的大小(根據(jù)傳送帶和最大塊度)和傳送帶速度。 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。</p><p>　　第四，滾筒的抵抗力取決于傳送帶的覆蓋層的厚度。 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

26、數(shù)1.26。 隨著傳送帶速度的增加，傳送帶覆蓋層的磨損量也增量，則滾筒抵抗力也增加。</p><p>　　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。例如槽形托輥的抵抗力取決于垂直的裝載和他們旋轉(zhuǎn)的速度。 垂直的裝載的作用，直接地取決于傳送帶速度，是主要方面。 旋轉(zhuǎn)的速度的作用影響較小。 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。 假設(shè)粒狀材料直接落在傳送帶上，這抵抗隨著傳送帶速度二次方地增

27、加。特別是廠內(nèi)的皮帶輸送機(jī)， 這力的影響很小。 </p><p><b>　　例子</b></p><p>　　要說明上述被談?wù)摰母拍钭屛覀兛紤]一條輸送量為5000 TPH的6 km長(zhǎng)的傳送帶。槽形托輥角度，附加角度和物料密度各自取35 °， 20°和850 kg/m3。 圖4顯示達(dá)到必需的5000 TPH輸送量傳送帶寬度和傳送帶速度的關(guān)系。 這個(gè)

28、圖與圖1有些相似。</p><p><b>　　圖4</b></p><p>　　圖5和6顯示在固定輸送帶速度要求時(shí)傳送帶的強(qiáng)度和的驅(qū)動(dòng)力的關(guān)系。 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。 圖7顯示不同傳送帶速度的損失因數(shù)和DIN f因數(shù)。 運(yùn)輸損失因素總是高于DIN f因素，因?yàn)镈IN f因素考慮傳送帶的體積(在分母)

29、，而運(yùn)輸損失因素只考慮了疏松固體物料的體積。 直觀地，可以認(rèn)為在高速傳送帶速度范圍將有經(jīng)濟(jì)上最優(yōu)的傳送帶速度。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。</p><p>　　3.3 橡膠化合物</p><p>　　滾筒的抵抗力取決于傳送帶的覆蓋層的黏彈特性，如前部分所述。 這暗示滾筒抵抗力可以通過選擇今天在市場(chǎng)上可利用的一種特別的滾筒覆蓋 (橡膠)化合物來減

30、少。使用這種特別化合物將增加一個(gè)小的成本，但是這個(gè)成本可以通過使用一種正常耐磨的化合物作為覆蓋層的上層覆蓋的來限制。 這個(gè)情況要求充分地利用底部化合物的節(jié)能作用。</p><p>　　滾筒的抵抗力的定量表征是這個(gè)滾筒抵抗顯示為tan/E ^1/3，其中棕褐色是損耗角和E化合物的存貯模數(shù)。 合理的滾筒抵抗力表現(xiàn)的化合物顯示在0.1以下。 圖8顯示典型的介質(zhì)對(duì)優(yōu)良橡膠的顯示。在這個(gè)圖中也能被看出：一種具體橡膠化合物的

31、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，。</p><p>　　必須做出一個(gè)評(píng)論(警告)。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。 在那種情況下，使用時(shí)，只要選擇可以執(zhí)行輸送機(jī)系統(tǒng)要求與它的設(shè)計(jì)規(guī)格相符的傳送帶就可以。 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， </p><p

32、>　　圖8 ： 在某溫度情況下滾筒在四種不同橡膠的抵抗顯示</p><p>　　4 安全因素的要求</p><p>　　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。 二種類型的安全系數(shù)是可以區(qū)分的： 穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行時(shí)的安全系數(shù)和不穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的安全系數(shù)。 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

33、：</p><p>　　（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</p><p>　?。?）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。</p><p>　?。?）皮帶輸送機(jī)系統(tǒng)維護(hù)</p><p>　?。?）皮帶輸送機(jī)系統(tǒng)操作的數(shù)據(jù)包括每天工作的小時(shí)數(shù)、每年

34、工作的天數(shù)和工作年限</p><p>　　（5）輸送帶接頭的設(shè)計(jì)和疲勞特征包括那些傳送帶拉伸承載的構(gòu)件(鋼絲繩或絲織物和橡膠的選擇</p><p>　?。?）接頭工具的存貯和裝卸。</p><p>　　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。</p><p>　　DIN標(biāo)準(zhǔn)建議把安全系數(shù)作為約簡(jiǎn)因數(shù)。 DIN 22101標(biāo)準(zhǔn)使用三個(gè)

35、約簡(jiǎn)因數(shù)。 第一(r0)通常是指針對(duì)針輸送帶強(qiáng)度（接合)約簡(jiǎn)的疲勞因數(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。 三(r2)考慮在開始和停止期間，傳送帶產(chǎn)生的額外動(dòng)態(tài)應(yīng)力。 所需的極小的安全系數(shù)可以按下式進(jìn)行計(jì)算：</p><p>　　SF=1/(1-(r0+r1+r2)) (1)</p><p>　　DIN標(biāo)準(zhǔn)也給三

36、個(gè)約簡(jiǎn)因數(shù)的值。 例如，在“正?！惫ぷ鳡顟B(tài)下的鋼絲繩傳送帶的值如下： r0>0.665， r1>0.15， r2>0.06，產(chǎn)生安全因素SF>8。</p><p>　　依據(jù)DIN標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是完全可以應(yīng)用的。但主要缺點(diǎn)是傳送帶速度選擇所依據(jù)的輸送機(jī)系統(tǒng)操作的數(shù)據(jù)和傳送帶的真正的疲勞性質(zhì)沒有被考慮到。</p><p>　　這些因素應(yīng)該被考慮，為了

37、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。 隨著裝載周期的增加，因數(shù)r1和r2是獨(dú)立于傳送帶的疲勞特性減少的。 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0.665減少 (DIN標(biāo)準(zhǔn)的略計(jì)) ：</p><p>　　r0= 0.166 log10(N) (N<10.000) (2)

38、</p><p>　　式中N為載荷的循環(huán)次數(shù)。 超過10,000載荷次數(shù)周期r0增加。 現(xiàn)在假設(shè)，在設(shè)計(jì)的輸送機(jī)的長(zhǎng)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。 載荷循環(huán)周期的總數(shù)可以用下式計(jì)算：</p><p>　　N=[(3600 V)/(2L)]HY (3)</p><p>　　式中V

39、是輸送帶速度、L輸送機(jī)長(zhǎng)度， H每年工作的小時(shí)的數(shù)和Y是預(yù)計(jì)工作年限。圖9是式(3)更形象化的說明。</p><p>　　圖9 ：給定的例子中載荷的循環(huán)次數(shù)對(duì)的傳送帶速度的影響</p><p>　　因數(shù)ro的減少值可以用式(2) 確定，并且載荷循環(huán)周期在圖9已給定。 結(jié)果如圖10顯示。</p><p>　　圖10 ：給定例子的DIN 22101標(biāo)準(zhǔn)中r0</p

40、><p>　　帶式輸送機(jī)的安全系數(shù)可以根據(jù)公式（1）和圖10確定，結(jié)果如圖11所示。</p><p>　　圖11 ： 所舉的例子所需安全因素的極小值</p><p>　　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7.5，在傳送帶運(yùn)行速度為20 m/s.安全系數(shù)擴(kuò)大為10。在安全系數(shù)允許范圍內(nèi)考慮輸送帶的速度可以有效的防止高速設(shè)計(jì)

41、時(shí)估價(jià)過低和低速設(shè)計(jì)時(shí)估計(jì)過高(也取決于輸送機(jī)系統(tǒng)的長(zhǎng)度)。</p><p>　　以上給定的圖表和數(shù)據(jù)僅說明這個(gè)過程。 這個(gè)過程可以通過考慮被測(cè)量的傳送帶拉伸運(yùn)載的各組件(鋼繩子或織品)和橡膠的疲勞特性的優(yōu)化而被改善，還需要考慮傳送帶的實(shí)際載荷循環(huán)周期(空載，滿載，穩(wěn)定運(yùn)行，開始和停止，夏天和冬天工作環(huán)境等)。</p><p>　　5 皮帶輸送機(jī)動(dòng)力學(xué)</p><p&

42、gt;　　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。 然而，隨著傳送帶速度的增加動(dòng)力學(xué)的變化率增加，這也導(dǎo)致傳送帶連續(xù)運(yùn)行穩(wěn)定性的降低。 本文不打算充分談?wù)撈л斔蜋C(jī)動(dòng)力學(xué)。 在參考文獻(xiàn)[7]中這個(gè)題目被廣泛地討論。 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。</p><p>　　當(dāng)二個(gè)托輥組之間的傳送帶被一個(gè)托輥碾壓或在臨近固托輥的固有頻率運(yùn)行時(shí)將產(chǎn)生振動(dòng)，這將引起共鳴現(xiàn)象的發(fā)生。 共鳴

43、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。 在高速傳送機(jī)系統(tǒng)中共鳴的作用將對(duì)輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的破壞，例如共振將引起輸送帶速度的降低、毀壞以及軸承的磨損。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)。</p><p>　　高速輸送機(jī)的輸送帶的運(yùn)行軌跡必須良好。如果傳送帶沒有合適的運(yùn)行軌跡

44、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。必須恰當(dāng)?shù)谋贿x擇傳送帶的寬度和強(qiáng)度以便保證好的驅(qū)動(dòng)，可參看本文2.1部分。 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。 另外，制作長(zhǎng)距離的傳送帶會(huì)減少接頭的數(shù)量而增加輸送帶平直性。</p><p>　　對(duì)于水平運(yùn)輸?shù)膫魉蛶€設(shè)計(jì)部分可以做出相似的結(jié)論。 隨著托輥改變的傳送帶的位置的變化主要依賴于由

45、于裝貨程度引起的皮帶張力變化。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)。 隨著傳送帶速度的增加，皮帶張力在開始和停止的期間的變化將增加。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。 然而對(duì)于高速的輸送機(jī)，動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法能符合要求的準(zhǔn)確地估算邊位移。</p><p>　　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，。 然而緊急剎

46、車操作將會(huì)產(chǎn)生本質(zhì)的改變。 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)。 一臺(tái)長(zhǎng)的陸上輸送機(jī)的典型的緊急剎車所需時(shí)間是30秒，也許時(shí)間對(duì)防止傷亡來說已經(jīng)足夠短了。 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。所以，萬一緊急狀態(tài)發(fā)生，傷亡的機(jī)會(huì)更大。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。

47、</p><p><b>　　6 托輥的選擇</b></p><p>　　高速皮帶輸送機(jī)托輥選擇的重要標(biāo)準(zhǔn)是托輥的直徑。 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： </p><p>　　? 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)。 這暗示可以按著安全使用維護(hù)規(guī)程操作。托輥的直徑對(duì)托輥的性能有很

48、重要的影響。它與傳送帶速度相同，依據(jù)滾柱軸承的旋轉(zhuǎn)確定。 另外可允許操作溫度限制滾柱軸承速度。低摩擦的軸承類型和相應(yīng)的低熱的軸承最適用于高速輸送機(jī)的操作。 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，當(dāng)受到復(fù)合載荷時(shí)選用角接觸軸承。</p><p>　　? 如果在傳送帶和托輥殼之間的存在滑移，托輥直徑將補(bǔ)償傳送帶的磨損。如果托輥的軸線方向不在輸送帶的方向上將產(chǎn)生滑移。</p><

49、p>　　? 托輥提供的滾動(dòng)摩擦抵抗力和制動(dòng)的轉(zhuǎn)矩將隨著托輥直徑的增加而減小。</p><p>　　增加托輥的直徑唯一缺點(diǎn)是托輥價(jià)格和托輥的慣性隨之增加。</p><p>　　托輥軸承的壽命將隨著托輥軸承的旋轉(zhuǎn)速度(和傳送帶速度有關(guān))減少而增加。 軸承壽命與傳送帶速度成反比。它隨著載荷的增加成為第三力。 然而軸承壽命的限制因素，是潤(rùn)滑脂的使用壽命而不是托輥的固有壽命。</p>

50、;<p>　　單個(gè)托輥的許用偏心量隨著輸送帶速度的增加成二次方地減少。當(dāng)托輥的旋轉(zhuǎn)速度接近臨界速度時(shí)應(yīng)盡量減少劇烈振動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。 這樣托輥的價(jià)格將會(huì)增加。</p><p><b>　　7 中轉(zhuǎn)站</b></p><p>　　高速帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面是高效率的供料和卸料。這減小了輸送帶覆蓋層的磨損和穩(wěn)定了輸送物料的流動(dòng)，在實(shí)際操作中高速輸送機(jī)將設(shè)

51、計(jì)一個(gè)能對(duì)物料提供與輸送帶速度相同并且與傳送帶傳送方向相同的裝料裝置。</p><p>　　為了完成加速輸送帶的安裝可以采用這個(gè)方法。 加速輸送帶可以使用低成本織品或固體編織物。 因而要考慮加速輸送帶和大塊粒狀物料之間的摩擦。 另高速傳送帶裝載的方法是使用一個(gè)利用重力的彎曲的滑道系統(tǒng)迫使粒狀材料在傳送帶上以極小速度在適當(dāng)?shù)姆较蚵涞絺魉蛶稀?lt;/p><p>　　目前，基于離散元素的設(shè)計(jì)方法

52、(DEM)是可以模仿粒狀物料在傳送帶中轉(zhuǎn)站上的流動(dòng)的[12]。 這些方法的應(yīng)用使設(shè)計(jì)師可一依據(jù)粒狀物料的大小和物料流動(dòng)的方向變化確定輸送帶速度的變化，也可以計(jì)算物料在滑槽和輸送帶上的力。并且可以優(yōu)化滑槽的設(shè)計(jì)安排使得傳送帶磨損達(dá)到最小，并且可以防止粒狀材料的分解。</p><p>　　同樣，高速傳送帶放電也應(yīng)引起注意。 高速輸送帶鋼架的變形將使輸送物料分解破碎，造成塵土和細(xì)化了材料。 一個(gè)一體化的接收滑道上的灰塵

53、和細(xì)小物料特殊的收集貯倉(cāng)或箱應(yīng)該被設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　8 結(jié)論</b></p><p>　　本文探討了高速皮帶輸送機(jī)的設(shè)計(jì)。 基于上述討論可以總結(jié)如下：</p><p>　　?給定輸送帶寬度，則輸送機(jī)的輸送量可以通過選擇符合要求的帶速來實(shí)現(xiàn)物料的流動(dòng)率。 然而傳送帶速度選擇又受到實(shí)際應(yīng)用條件的限制。疏忽這些考慮將導(dǎo)致實(shí)際操作中

54、出現(xiàn)問題，包括不穩(wěn)定運(yùn)行和塵土量超標(biāo)和高噪聲。</p><p>　　?不容易確定輸送帶速度和能量消耗之間的關(guān)系，部分是因?yàn)闈L筒受壓的復(fù)雜計(jì)算，其中很大一部分是滾筒的抵抗力，這也涉及到很多橡膠化合物黏彈特性的詳細(xì)的知識(shí)。另外輸送帶的速度選擇與具有庫(kù)侖摩擦力的各組件、鋼和托輥軸承都有很大的關(guān)系。并且這種抵抗力也發(fā)生在中轉(zhuǎn)站，特別是高速帶式輸送機(jī)大塊物料的加速裝載段，這個(gè)抵抗力作用的很明顯。</p>&l

55、t;p>　　?在輸送帶使用壽命允許的應(yīng)力循環(huán)周期內(nèi)，依據(jù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)輸送帶的張力和其他操作數(shù)據(jù)選擇的安全系數(shù)將能有效的防止對(duì)輸送帶的疲勞壽命估計(jì)不足或過高估計(jì)。</p><p>　　?輸送機(jī)的速度對(duì)輸送機(jī)各組件象托輥，以及平曲線段和中轉(zhuǎn)站都有重要的影響。確切的說，動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)可以設(shè)計(jì)出符合使用壽命和磨損特性要求的輸送機(jī)的組件和區(qū)段，包括托輥，輸送帶和槽形襯板。</p><p>　　總之：

56、設(shè)計(jì)高速帶式輸送機(jī)需要更藝術(shù)的設(shè)計(jì)方法！</p><p><b>　　附件B</b></p><p>　　esign of High Speed Belt Conveyors</p><p>　　G. Lodewijks, The Netherlands.</p><p><b>　　SUMMARY</b

57、></p><p>　　This paper discusses aspects of high-speed belt conveyor design. The capacity of a belt conveyor is determined by the belt speed given a belt width and troughing angle. Belt speed selection how

58、ever is limited by practical considerations, which are discussed in this paper. The belt speed also affects the performance of the conveyor belt, as for example its energy consumption and the stability of it's runnin

59、g behavior. A method is discussed to evaluate the energy consumption of conveyor belts by u</p><p>　　1 INTRODUCTION</p><p>　　Past research has shown the economical feasibility of using narrower,

60、 faster running conveyor belts versus wider, slower running belts for long overland belt conveyor systems. See for example [I]-[5]. Today, conveyor belts running at speeds around 8 m/s are no exceptions. However, velocit

61、ies over 10 m/s up to 20 m/s are technically (dynamically) feasible and may also be economically feasible. In this paper belt speeds between the 10 and 20 m/s are classified as high. Belt speeds below the 10 m/s</p>

62、;<p>　　Using high belt speeds should never be a goal in itself. If using high belt speeds is not economically beneficial or if a safe and reliable operation is not ensured at a high belt speed then a lower belt sp

63、eed should be selected.</p><p>　　Selection of the belt speed is part of the total design process. The optimum belt conveyor design is determined by static or steady state design methods. In these methods the

64、 belt is assumed to be a rigid, inelastic body. This enables quantification of the steady-state operation of the belt conveyor and determination of the size of conveyor components. The specification of the steady-state o

65、peration includes a quantification of the steady-state running belt tensions and power consumption for all</p><p>　　Design fine-tuning, determination of the optimum starting and stopping procedures, includin

66、g determination of the required control algorithms, and determination of the settings and sizes of conveyor components such as drives, brakes and flywheels, are determined by dynamic design methods. In these design metho

67、ds, also referred to as dynamic analyses, the belt is assumed to be a three-dimensional (visco-) elastic body. A three dimensional wave theory should be used to study time dependent transmi</p><p>　　This pap

68、er discusses the design of high belt-speed conveyors, in particular the impact of using high belt speeds on the performance of the conveyor belt in terms of energy consumption and safety factor requirements. Using high b

69、elt speeds also requires high reliability of conveyor components such as idlers to achieve an acceptable component life. Another important aspect of high-speed belt conveyor design is the design of efficient feeding and

70、discharge arrangements. These aspects will be discus</p><p>　　2 BELTSPEED</p><p>　　2.1 BELT SPEED SELECTION</p><p>　　The lowest overall belt conveyor cost occur in the range of belt

71、 widths of 0.6 to 1.0 m [2]. The required conveying capacity can be reached by selection of a belt width in this range and selecting whatever belt speed is required to achieve the required flow rate. Figure 1 shows an ex

72、ample of combinations of belt speed and belt width to achieve Specific conveyor capacities. In this example it is assumed that the bulk density is 850 kg/m3 (coal) and that the trough angle and the surcharge angle ar<

73、/p><p>　　Figure 1: Belt width versus belt speed for different capacities.</p><p>　　Belt speed selection is however limited by practical considerations. A first aspect is the troughability of the be

74、lt. In Figure 1 there is no relation with the required belt strength (rating), which partly depends on the conveyor length and elevation. The combination of belt width and strength must be chosen such that good troughabi

75、lity of the belt is ensured. If the troughability is not sufficient then the belt will not track properly. This will result in unstable running behavior of the belt, </p><p>　　A second aspect is the speed of

76、 the air relative to the speed of the bulk solid material on the belt (relative airspeed). If the relative airspeed exceeds certain limits then dust will develop. This is in particular a potential problem in mine shafts

77、where a downward airflow is maintained for ventilation purposes. The limit in relative airspeed depends on ambient conditions and bulk material characteristics.</p><p>　　A third aspect is the noise generated

78、 by the belt conveyor system. Noise levels generally increase with increasing belt speed. In residential areas noise levels are restricted to for example 65 dB. Although noise levels are greatly affected by the design of

79、 the conveyor support structure and conveyor covers, this may be a limiting factor in selecting the belt speed.</p><p>　　2.2 BELT SPEED VARIATION</p><p>　　The energy consumption of belt conveyor

80、 systems varies with variation of the belt speed, as will be shown in Section 3. The belt velocity can be adjusted with bulk material flow supplied at the loading point to save energy. If the belt is operating at full to

81、nnage then it should run at the high (design) belt speed. The belt speed can be adjusted (decreased) to the actual material (volume) flow supplied at the loading point. This will maintain a constant filling of the belt t

82、rough and a constant </p><p>　　Varying the belt speed with supplied bulk material flow has the following advantages:</p><p>　　Less belt wear at the loading areas</p><p>　　Lower nois

83、e emission</p><p>　　Improved operating behavior as a result of better belt alignment and the avoidance of belt lifting in concave curve by reducing belt tensions</p><p>　　Drawbacks include: <

84、/p><p>　　Investment cost for controllability of the drive and brake systems</p><p>　　Variation of discharge parabola with belt speed variation</p><p>　　Control system required for cont

85、rolling individual conveyors in a conveyor system</p><p>　　Constant high belt pre-tension</p><p>　　Constant high bulk material load on the idler rolls</p><p>　　An analysis should be

86、 made of the expected energy savings to determine whether it is worth the effort of installing a more expensive, more complex conveyor system.</p><p>　　3 ENERGY CONSUMPTION</p><p>　　Clients may

87、request a specification of the energy consumption of a conveyor system, for example quantified in terms of maximum kW-hr/ton/km, to transport the bulk solid material at the design specifications over the projected route.

88、 For long overland systems, the energy consumption is mainly determined by the work done to overcome the indentation rolling resistance [9]. This is the resistance that the belt experiences due to the visco-elastic (time

89、 delayed) response of the rubber belt cover to t</p><p>　　The required drive power of a belt conveyor is determined by the sum of the total frictional resistances and the total material lift. The frictional

90、resistances include hysteresis losses, which can be considered as viscous (velocity dependent) friction components. It does not suffice to look just at the maximum required drive power to evaluate whether or not the ener

91、gy consumption of a conveyor system is reasonable. The best method to compare the energy consumption of different transport systems</p><p>　　3.1 TRANSPORT EFFICIENCY</p><p>　　There are a number

92、of methods to compare transport efficiencies. The first and most widely applied method is to compare equivalent friction factors such as the DIN f factor. An advantage of using an equivalent friction factor is that it ca

93、n also be determined for an empty belt. A drawback of using an equivalent friction factor is that it is not a 'pure' efficiency number. It takes into account the mass of the belt, reduced mass of the rollers and

94、the mass of the transported material. In a pure e</p><p>　　The second method is to compare transportation cost, either in kW-hr/ton/km or in $/ton/km. The advantage of using the transportation cost is that t

95、his number is widely used for management purposes. The disadvantage of using the transportation cost is that it does not directly reflect the efficiency of a system.</p><p>　　The third and most "pure&qu

96、ot; method is to compare the loss factor of transport [10]. The loss factor of transport is the ratio between the drive power required to overcome frictional losses (neglecting drive efficiency and power loss/gain requir

97、ed to raise/lower the bulk material) and the transport work. The transport work is defined as the multiplication of the total transported quantity of bulk material and the average transport velocity. The advantage of usi

98、ng loss factors of transport is that t</p><p>　　The following are loss factors of transport for a number of transport systems to illustrate the concept:</p><p>　　Continuous transport: </p>

99、<p>　　Slurry transport around 0.01 </p><p>　　Belt conveyors between 0.01 and 0.1 </p><p>　　Vibratory feeders between 0.1 and 1 </p><p>　　Pneumatic conveyors around 1 0 </p

100、><p>　　Discontinuous transport: </p><p>　　Ship between 0.001 and 0.01 </p><p>　　Train around 0.01 </p><p>　　Truck between 0.05 and 0.1 </p><p>　　3.2 INDENTATI

101、ON ROLLING RESISTANCE</p><p>　　For long overland systems, the energy consumption is mainly determined by the work done to overcome the indentation rolling resistance. Idler rolls are made of a relatively har

102、d material like steel or aluminum whereas conveyor belt covers are made of much softer materials like rubber or PVC. The rolls therefore indent the belt's bottom-cover when the belt moves over the idler rolls, due to

103、 the weight of the belt and bulk material on the belt. The recovery of the compressed parts of the belt's bo</p><p>　　Figure 2: Asymmetric stress distribution between belt and roll [7].</p><p&