带式输送机头部滚筒卸料运动轨迹方程的研究

第24卷第2期　2002年4月水利电力机械

W ATER C ONSERVANCY &E LECTRIC POWER M ACHI NERY

Vol. 24　No. 2Apr. 2002

带式输送机头部滚筒卸料运动轨迹方程的研究

Study on the m otion trace equations of roll unloading of belt convey or

宋凤莲, 巫世晶, 吴庆鸣

(武汉大学动力与机械学院, 湖北武汉　430072)

摘　要:针对带式输送机的不同运行方式, , , 建立了头部滚筒卸料运动轨迹方程。实例分析表明, 件, 确定其头部漏斗的结构尺寸, 关键词:带式输送机; 头部滚筒卸料; ; 中图分类号:TH222.:B:1006-6446(2002) 02-0048-02

0　引言

带式输送机是一种由传动滚筒带动输送带运行

并实现物料输送的装置。它可以用来连续输送各种粉状、粒状、块状物料, 具有运行平稳可靠, 输送连续均匀, 维护方便、经济, 生产能力高, 易于实现远距离控制等优点, 在实际应用中发挥着愈来愈大的作用[1,2]。近年来, 带式输送机发展趋势正朝着高出力、高带速、长距离、大倾角方向发展。

带式输送机的卸料方式有多种, 可按确定的一个或多个点中途卸料(如利用卸料器) , 也可从头部滚筒直接卸料, 其具体卸料方式, 由整个输料系统统一考虑。目前, 国内火电厂输煤系统带式输送机的设计都遵循带式输送机典型设计手册, 根据输送机带宽及头部滚筒直径选取头部漏斗及落料管, 并且输送机的带速均选在3. 15m/s 以内。随着带式输送机朝着高出力、高带速方向发展(如大连北良粮食码头的带式输送机输料系统, 其运输

速度已达到3. 4m/s ) , 对头部漏斗及落料管的设计, 现有的带式输送机设计方法已不能满足工程要求[3]。正确地确定物料的抛卸轨迹, 不仅能合理地设计头部漏斗的结构尺寸, 保持落料通畅, 而且对除铁器的布置安装, 减少胶带机的撕裂具有十分重要的意义[4]。本文通过对带式输送机头部滚筒落料时的运动特性分

收稿日期:2001-11-05

析, 运用动力学原理,

确定了头部滚筒落料时运动轨迹方程。应用于实际工程项目中, 取得了良好的经济效益和社会效益。

1　头部滚筒落料时物料运动轨迹方程

1. 1　物料进入头部传动滚筒时的受力分析

带式输送机的布置形式大致可分为3类[3]:(1) 水平输送(见图1a ) ; (2) 倾斜输送(见图1b ) ; (3) 带凸弧或凹弧的水平和倾斜联合输送(见图1c 、图1d ) 。

图1　带式输送机的布置形式

以带式输送机倾斜布置作研究对象(当倾斜角为零时, 即为水平布置形式; 带凸弧或凹弧的水平和倾斜联合输送, 可按靠近头部滚筒的胶带是倾斜还是水平考虑) , 从物料中取出质量为m 的质点来进行研究, 如图2所示。

图2中:β为输送机与水平面的倾斜角; v 为运行速度,m/s ; R 为头部滚筒半径,m ; F 为滚筒对质

作者简介:宋凤莲(1966-) , 女, 湖北新州人, 武汉大学动力与机械学院高级工程师, 硕士研究生, 从事火电厂运煤除灰设计工作。

第24卷第2期宋凤莲, 等:带式输送机头部滚筒卸料运动轨迹方程的研究・49

・

图2　物料进入头部传动滚筒时的受力分析

点的支承力,N 。

则质点绕圆周运动的向心力F ′为

(1) F ′=mv 2/R 。

如不计空气阻力及物料层厚度, 据动力学原理, 滚筒对质点的支承力

2

(2) F =mg cos β-mv /R 。1. 2　物料的抛卸点的确定

(1) 2) >1, β

的受力分析及卸料轨迹

1. 3　物料运动轨迹方程

(1) 当v 2/(Rg ) >1时, β

, 作抛物线运

动, 如图3所示

。

2

圆点, 3, 物料运动轨迹方vt cos -2

β。(3) -vt sin β+gt -R cos

2

式中t 为物料离开滚筒后的运行时间。

(2) 当v 2/(Rg )

θ+R sin θ, X =vt cos

2

θ。(4) Y =vt sin θ+gt -R cos

2

式中　　cos θ=v 2/(Rg ) 。

(3) 当v 2/(Rg ) =1时, 以头部滚筒中心为坐标圆点, 物料运动轨迹方程为

X =vt , Y =

图3　v 2/(Rg ) >1时物料进入头部传动滚筒时

的受力分析及卸料轨迹

(2) 如果v 2/(Rg ) =1,cos β=1, 则质点将在滚筒

2

gt -R 。2

(5)

的垂直中心线处离开输送带, 作抛物线运动, 如图4所示

。

2　实例分析

某电厂1号带式输送机带宽b =1400mm , 带速v =3. 15m/s , 头部滚筒半径R =500mm , 输送机与水平面的夹角β=12°, 经计算, v 2/(Rg ) >1, 由轨迹

(1. 505,0. 5) 、方程(3) 得曲线坐标为:(1. 094,0) 、

(2. 078,1. 5) , 物料运动轨迹曲线如图(1. 816,1. 0) 、3所示。

图4　v 2/(Rg ) =1时物料进入头部传动滚筒时

的受力分析及卸料轨迹

(3) 如果输送机速度相当低, v 2/(Rg )

F >0, 质点绕头部滚筒作一段圆周运动, 并越过最

某电厂2号带式输送机带宽b =1200mm , 带速

v =2m/s , 头部滚筒半径R =500mm , 输送机与水平面的夹角β=16°, 经计算, v 2/(Rg )

通过现场观察, 带式输送机物料抛卸运动轨迹分别与图3、图4所示曲线一致。(下转第56页

)

高点, 走一个角度θ, 到达cos θ=v 2/(Rg ) 的那一点, 如图5所示

。

・56・水利电力机械2002年4月

底止水采用平面止水, 底坎的安装方案是待整个门体调整背拉杆完毕、支枕垫块及底止水橡皮安装完成后进行, 所以, 对底坎的安装未提出过高要求。

在门体安装中, 为使斜接柱上支枕垫块的凹凸弧面均匀接触, 且使啮合线为一垂直线(公差为3. 0mm ) , 工程设计单位对斜接柱的端板正侧向直线度

测指标分为合格和优良两档, 另外还有专用于优良单元评定使用的检测项目和检测指标。为确实评出符合三峡工程要求的优良单元又对评优不设过高的屏障, 优良指标确定的原则是:与规范相同的检测项目和检测指标按规范分列出合格和优良指标, 高于规范要求的合格指标同时亦可做为评优指标。为避免追求名义上的优良工程而出现多次返工, 规定了一次交验合格是单元工程评优的必备条件。

提出了较高要求(直线度公差4. 0mm ) , 并通过调整背拉杆来达到这一目标。现场实际工况表明, 要达到这一指标是比较困难的。经过多次调整, 综合考虑背拉杆受力, 底缘的倾斜, 门轴柱合斜接柱的直线度, 最终这一直线度调整在7～8mm 范围内。这一误差范围虽不影响支枕垫块的安装调整, 但对其止水效果有待运行验证。

6　结束语

, 难、高流速, 在大规格、大容量的要求下, 工程设计单位从运行和寿命考虑, 对产品设计提出高要求, 大量选用新材料、新技术, 反映了我国水利水电工程建设的技术进步, 与此同时对制造和安装工艺也提出了新的要求。三峡工程的另一特点是标准执行严, 凡是标准确定了的检测项目, 就要一丝不苟的贯彻执行, 使三峡工程金属结构设备的制造安装质量确实在标准控制之中。

通过工程实践的检验, 三峡工程金属结构设备质量检测标准将对行业规范的进一步修订提供宝贵的经验和资料, 为推动我国水利水电工程水工金属结构行业的产品设计、制造和安装的技术进步做出贡献。

(编辑:王书平)

5　。在三峡金属结构制造质量检测标准中, 将所有的检测项目分为主要项和一般项。关系到设备运行和止水效果以及影响寿命的项目定为主要项, 其它为一般项。合格产品要求主要项100%合格, 对一般项的要求为70%或80%合格。为防止出现较大误差或缺陷, 评定办法规定了不合格的超差项其超差值不得大于公差值的30%, 且不影响安全运行, 否则即使合格率达标, 仍

为不合格产品。

安装质量评定依据国内水电工程建设惯例, 分为合格和优良两等。在安装质量检测标准中除将检(上接第49页)

有指导作用与参考价值。参考文献:

[1]机械化运输设计手册编委会. 机械化运输设计手册

[M].北京:机械工业出版社,1997.

[2]梁庚煌. 运输机械手册[M ].北京:化学工业出版社,

1983.

[3]输送设备制造商协会联合会[美].散装物料带式输送机

[M].北京:机械工业出版社,1985.

[4]过玉卿. 起重运输机械[M ].武汉:华中理工大学出版

3　结语

运用现行的典型设计标准对带式输送机部件进行设计, 可以减少工作量, 提高劳动效率, 但不少的典型设计手册未考虑其适用范围。如果盲目地套用, 势必对工程设计与建设造成不良后果

。本文运用动力学原理, 针对带式输送机不同的运行方式, 建立了头部传动滚筒直接抛料时的运动轨迹方程。通过实例分析, 验证了物料运动轨迹方程的正确性, 物料运动轨迹方程对带式输送机部件头部落料斗、落料管结构的非标准设计、除铁器的布置安装设计具

社,1992.

(编辑:王书平)

第24卷第2期　2002年4月水利电力机械

W ATER C ONSERVANCY &E LECTRIC POWER M ACHI NERY

Vol. 24　No. 2Apr. 2002

带式输送机头部滚筒卸料运动轨迹方程的研究

Study on the m otion trace equations of roll unloading of belt convey or

宋凤莲, 巫世晶, 吴庆鸣

(武汉大学动力与机械学院, 湖北武汉　430072)

摘　要:针对带式输送机的不同运行方式, , , 建立了头部滚筒卸料运动轨迹方程。实例分析表明, 件, 确定其头部漏斗的结构尺寸, 关键词:带式输送机; 头部滚筒卸料; ; 中图分类号:TH222.:B:1006-6446(2002) 02-0048-02

0　引言

带式输送机是一种由传动滚筒带动输送带运行

并实现物料输送的装置。它可以用来连续输送各种粉状、粒状、块状物料, 具有运行平稳可靠, 输送连续均匀, 维护方便、经济, 生产能力高, 易于实现远距离控制等优点, 在实际应用中发挥着愈来愈大的作用[1,2]。近年来, 带式输送机发展趋势正朝着高出力、高带速、长距离、大倾角方向发展。

带式输送机的卸料方式有多种, 可按确定的一个或多个点中途卸料(如利用卸料器) , 也可从头部滚筒直接卸料, 其具体卸料方式, 由整个输料系统统一考虑。目前, 国内火电厂输煤系统带式输送机的设计都遵循带式输送机典型设计手册, 根据输送机带宽及头部滚筒直径选取头部漏斗及落料管, 并且输送机的带速均选在3. 15m/s 以内。随着带式输送机朝着高出力、高带速方向发展(如大连北良粮食码头的带式输送机输料系统, 其运输

速度已达到3. 4m/s ) , 对头部漏斗及落料管的设计, 现有的带式输送机设计方法已不能满足工程要求[3]。正确地确定物料的抛卸轨迹, 不仅能合理地设计头部漏斗的结构尺寸, 保持落料通畅, 而且对除铁器的布置安装, 减少胶带机的撕裂具有十分重要的意义[4]。本文通过对带式输送机头部滚筒落料时的运动特性分

收稿日期:2001-11-05

析, 运用动力学原理,

确定了头部滚筒落料时运动轨迹方程。应用于实际工程项目中, 取得了良好的经济效益和社会效益。

1　头部滚筒落料时物料运动轨迹方程

1. 1　物料进入头部传动滚筒时的受力分析

带式输送机的布置形式大致可分为3类[3]:(1) 水平输送(见图1a ) ; (2) 倾斜输送(见图1b ) ; (3) 带凸弧或凹弧的水平和倾斜联合输送(见图1c 、图1d ) 。

图1　带式输送机的布置形式

以带式输送机倾斜布置作研究对象(当倾斜角为零时, 即为水平布置形式; 带凸弧或凹弧的水平和倾斜联合输送, 可按靠近头部滚筒的胶带是倾斜还是水平考虑) , 从物料中取出质量为m 的质点来进行研究, 如图2所示。

图2中:β为输送机与水平面的倾斜角; v 为运行速度,m/s ; R 为头部滚筒半径,m ; F 为滚筒对质

作者简介:宋凤莲(1966-) , 女, 湖北新州人, 武汉大学动力与机械学院高级工程师, 硕士研究生, 从事火电厂运煤除灰设计工作。

第24卷第2期宋凤莲, 等:带式输送机头部滚筒卸料运动轨迹方程的研究・49

・

图2　物料进入头部传动滚筒时的受力分析

点的支承力,N 。

则质点绕圆周运动的向心力F ′为

(1) F ′=mv 2/R 。

如不计空气阻力及物料层厚度, 据动力学原理, 滚筒对质点的支承力

2

(2) F =mg cos β-mv /R 。1. 2　物料的抛卸点的确定

(1) 2) >1, β

的受力分析及卸料轨迹

1. 3　物料运动轨迹方程

(1) 当v 2/(Rg ) >1时, β

, 作抛物线运

动, 如图3所示

。

2

圆点, 3, 物料运动轨迹方vt cos -2

β。(3) -vt sin β+gt -R cos

2

式中t 为物料离开滚筒后的运行时间。

(2) 当v 2/(Rg )

θ+R sin θ, X =vt cos

2

θ。(4) Y =vt sin θ+gt -R cos

2

式中　　cos θ=v 2/(Rg ) 。

(3) 当v 2/(Rg ) =1时, 以头部滚筒中心为坐标圆点, 物料运动轨迹方程为

X =vt , Y =

图3　v 2/(Rg ) >1时物料进入头部传动滚筒时

的受力分析及卸料轨迹

(2) 如果v 2/(Rg ) =1,cos β=1, 则质点将在滚筒

2

gt -R 。2

(5)

的垂直中心线处离开输送带, 作抛物线运动, 如图4所示

。

2　实例分析

某电厂1号带式输送机带宽b =1400mm , 带速v =3. 15m/s , 头部滚筒半径R =500mm , 输送机与水平面的夹角β=12°, 经计算, v 2/(Rg ) >1, 由轨迹

(1. 505,0. 5) 、方程(3) 得曲线坐标为:(1. 094,0) 、

(2. 078,1. 5) , 物料运动轨迹曲线如图(1. 816,1. 0) 、3所示。

图4　v 2/(Rg ) =1时物料进入头部传动滚筒时

的受力分析及卸料轨迹

(3) 如果输送机速度相当低, v 2/(Rg )

F >0, 质点绕头部滚筒作一段圆周运动, 并越过最

某电厂2号带式输送机带宽b =1200mm , 带速

v =2m/s , 头部滚筒半径R =500mm , 输送机与水平面的夹角β=16°, 经计算, v 2/(Rg )

通过现场观察, 带式输送机物料抛卸运动轨迹分别与图3、图4所示曲线一致。(下转第56页

)

高点, 走一个角度θ, 到达cos θ=v 2/(Rg ) 的那一点, 如图5所示

。

・56・水利电力机械2002年4月

底止水采用平面止水, 底坎的安装方案是待整个门体调整背拉杆完毕、支枕垫块及底止水橡皮安装完成后进行, 所以, 对底坎的安装未提出过高要求。

在门体安装中, 为使斜接柱上支枕垫块的凹凸弧面均匀接触, 且使啮合线为一垂直线(公差为3. 0mm ) , 工程设计单位对斜接柱的端板正侧向直线度

测指标分为合格和优良两档, 另外还有专用于优良单元评定使用的检测项目和检测指标。为确实评出符合三峡工程要求的优良单元又对评优不设过高的屏障, 优良指标确定的原则是:与规范相同的检测项目和检测指标按规范分列出合格和优良指标, 高于规范要求的合格指标同时亦可做为评优指标。为避免追求名义上的优良工程而出现多次返工, 规定了一次交验合格是单元工程评优的必备条件。

提出了较高要求(直线度公差4. 0mm ) , 并通过调整背拉杆来达到这一目标。现场实际工况表明, 要达到这一指标是比较困难的。经过多次调整, 综合考虑背拉杆受力, 底缘的倾斜, 门轴柱合斜接柱的直线度, 最终这一直线度调整在7～8mm 范围内。这一误差范围虽不影响支枕垫块的安装调整, 但对其止水效果有待运行验证。

6　结束语

, 难、高流速, 在大规格、大容量的要求下, 工程设计单位从运行和寿命考虑, 对产品设计提出高要求, 大量选用新材料、新技术, 反映了我国水利水电工程建设的技术进步, 与此同时对制造和安装工艺也提出了新的要求。三峡工程的另一特点是标准执行严, 凡是标准确定了的检测项目, 就要一丝不苟的贯彻执行, 使三峡工程金属结构设备的制造安装质量确实在标准控制之中。

通过工程实践的检验, 三峡工程金属结构设备质量检测标准将对行业规范的进一步修订提供宝贵的经验和资料, 为推动我国水利水电工程水工金属结构行业的产品设计、制造和安装的技术进步做出贡献。

(编辑:王书平)

5　。在三峡金属结构制造质量检测标准中, 将所有的检测项目分为主要项和一般项。关系到设备运行和止水效果以及影响寿命的项目定为主要项, 其它为一般项。合格产品要求主要项100%合格, 对一般项的要求为70%或80%合格。为防止出现较大误差或缺陷, 评定办法规定了不合格的超差项其超差值不得大于公差值的30%, 且不影响安全运行, 否则即使合格率达标, 仍

为不合格产品。

安装质量评定依据国内水电工程建设惯例, 分为合格和优良两等。在安装质量检测标准中除将检(上接第49页)

有指导作用与参考价值。参考文献:

[1]机械化运输设计手册编委会. 机械化运输设计手册

[M].北京:机械工业出版社,1997.

[2]梁庚煌. 运输机械手册[M ].北京:化学工业出版社,

1983.

[3]输送设备制造商协会联合会[美].散装物料带式输送机

[M].北京:机械工业出版社,1985.

[4]过玉卿. 起重运输机械[M ].武汉:华中理工大学出版

3　结语

运用现行的典型设计标准对带式输送机部件进行设计, 可以减少工作量, 提高劳动效率, 但不少的典型设计手册未考虑其适用范围。如果盲目地套用, 势必对工程设计与建设造成不良后果

。本文运用动力学原理, 针对带式输送机不同的运行方式, 建立了头部传动滚筒直接抛料时的运动轨迹方程。通过实例分析, 验证了物料运动轨迹方程的正确性, 物料运动轨迹方程对带式输送机部件头部落料斗、落料管结构的非标准设计、除铁器的布置安装设计具

社,1992.

(编辑:王书平)