大型带式输送机系统设计

董大仟1何青1杜冬梅2刘天军3贾兰辉1

1. 电站设备状态监测与控制教育部重点实验室, 华北电力大学, 北京(102206)

2. 计算机科学与技术系, 华北电力大学, 北京(102206)

3. 中国华电工程(集团)有限公司, 北京(100044)

email:dongdaqian@https://www.360docs.net/doc/b318571265.html,

摘要：大型带式输送机具有长距离、大运量、多驱动等许多优点，正在电力、矿山、港口等许多行业得到推广应用。我国在大型带式输送机的设计、运行与维护等方面还处于起步阶段。因此，对大型带式输送机的设计理论与方法、运行与维护技术等方面进行深入分析研究十分必要。目前，我国带式输送机设计标准采用的是ISO标准，一些参数难以满足大型带式输送机的设计要求。而国际上，大型带式输送机设计主要采用美国CEMA标准和德国DIN 标准等。CEMA标准和DIN标准均采用当今最先进的设计理论和技术，在此方面已高于ISO 标准，能够满足当前对大型带式输送机设计的需要。本文分析比较了ISO标准与CEMA标准技术差异，并采用CEMA标准对某大型带式输送机进行了设计分析，给出了该输送机主要设计参数及其计算方法。

关键词：大型带式输送机，CEMA标准，设计

1．引言

近年来，带式输送机有了很大的发展，具有长距离、大运量、多驱动等特点的大型带式输送机是主要的发展趋势，其在国内电力、矿山、煤炭、港口等行业得到推广应用。国内带式输送机设计机型经历了从TD75型[1]到DTII型[2]和DTII(A)型[3]，这些机型均执行国家标准GB/T17119-1997 idt ISO5048:1989—《连续搬运设备带承载托辊的带式输送机运行功率和张力的计算》；国外带式输送机设计标准有美国的CEMA(Conveyor Equipment Manufacturers Association)标准[4]，德国的DIN标准等，CEMA标准的设计计算方法与国标差别较大。本文分析比较了ISO标准与CEMA标准技术差异，并采用CEMA标准对运量达6000t/h的某大型带式输送机进行了设计分析，给出该输送机主要设计参数及其计算方法，为大型带式输送机设计和使用提供参考。

2．国标与CEMA标准设计参数比较与分析

带式输送机的设计计算包含许多参数，下面就几种主要参数进行比较与分析。

2.1带宽

国外在大带宽方面已有成功的应用，而国标可应用的最大带宽为1400mm。带宽系列比较如表1所示。表1括号中的带宽系列文献[2][3]均未提供相应的托辊、滚筒型谱。

表1 带宽系列比较

标准带宽

国标(mm) (400) 500 650 800 1000 1200 1400 (1600) (1800) (2000) (2200) (2400) CEMA(in) 18 24 30 36 42 48 54 60 72 84 96

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2.2 托辊

托辊的选择包括托辊直径和托辊槽角两部分。托辊直径的选择受三个条件的限制：作业类型、输送物料的特性和带速，如表2所示。相同的情况是：根据棍子直径和承载能力，托辊棍子分为轻、中、重型三种，不同的是中国标准托辊槽角只有两种，可选择的余地较CEMA 标准小。

表2 托辊系列比较

标准

托辊直径承载托辊槽角

国标(mm) 63.5 76 89 108 133 159 194 219 35° 45° CEMA(in)

4 5 6 7

20° 35° 45°

2.3 输送带张力计算[3-4]

在国标中，输送机的主要阻力F H 是物料及输送带移动和承载分支及回程托辊旋转所产生阻力的总和，可用下式计算

)1(]

cos )2([δG B RU RO H q q q q fLg F +++=

式中， f ——模拟摩擦系数，根据工作条件和制造安装水平决定，一般可按表3选取

L ——输送机长度（头尾滚筒中心距），m g ——重力加速度，取9.81m/s 2

q RO ——承载分支托辊组每米长度旋转部分重量，kg/m q RU ——回程分支托辊组每米长度旋转部分重量，kg/m q B ——每米长度输送带质量，kg/m q G ——每米长度输送物料质量，kg/m δ——输送机倾角，(°)

在CEMA 标准中，摩擦阻力系数分为托辊摩擦阻力系数K x 和输送带和负荷越过托辊时的挠曲力系数K y

)2()(068.0i

m b x S A W W K +

)3(1010)(24B

A W W K m b y ×+××+=??

式中，W b ——单位长度输送带重量，磅/英尺

W m ——单位长度上的物料重量，磅/英尺 S i ——托辊间距，英尺

A i ——见表3，与托辊类型和直径有关

表3 A i 值托辊类型与直径 A i CEMA C6, D6 1.5 CEMA B5, C5, D5 1.8 CEMA B4, C4 2.3 CEMA E7 2.4 CEMA E6 2.8

A,B ——见表4

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表4 用于公式(3)中的A 和B 的值

托辊间距（英尺）

3.0 3.5

4.0 4.5

5.0 输送带平

均张力(磅)

A B A B A B A B

A B 1,000 2.150 1.565 2.1955 1.925 2.200 2.250 2.2062 2.584 2.1750 2.910 2,000 1.8471 1.345 1.6647 1.744 1.6156 1.982 1.5643 2.197 1.5429 2.331 3,000 1.6286 1.237 1.4667 1.593 1.4325 1.799 1.4194 1.991 1.4719 2.091 4,000 1.4625 1.164 1.3520 1.465 1.3295 1.659 1.3250 1.825 1.3850 1.938 5,000 1.2828 1.122 1.1926 1.381 1.1808 1.559 1.1812 1.714 1.2283 1.839 6,000 1.1379 1.076 1.0741 1.318 1.0625 1.472 1.0661 1.627 1.0962 1.761 7,000 1.0069 1.039 0.9448 1.256 0.9554 1.404 0.9786 1.549 1.0393 1.657 8,000 0.9172 0.998 0.8552 1.194 0.8643 1.337 0.8875 1.472 0.9589 1.583 9,000 0.8207 0.958 0.8000 1.120 0.7893 1.272 0.8339 1.388 0.8911 1.507 10,000 0.7241 0.918 0.7362 1.066 0.7196 1.216 0.7821 1.314 0.8268 1.430 11,000 0.6483 0.885 0.6638 1.024 0.6643 1.167 0.7375 1.238 0.7768 1.340 12,000 0.5828 0.842 0.5828 0.992 0.6232 1.100 0.6750 1.180 0.7411 1.242 13,000 0.5207 0.798 0.5241 0.938 0.5732 1.040 0.6179 1.116 0.6821 1.169 14,000 0.4690 0.763 0.4810 0.897 0.5214 0.996 0.5571 1.069 0.6089 1.123 15,000 0.4172 0.718 0.4431 0.841 0.4732 0.935 0.5179 1.006 0.5607 1.063 16,000 0.3724 0.663 0.3966 0.780 0.4232 0.875 0.4589 0.958 0.5054

1.009

注：当张力超过16000磅时，应采用K y 的最小值0.016

国标模拟摩擦系数f 的推荐值如表5所示，说明如下：模拟摩擦系数f 包括托辊的旋转阻力和输送带的前进阻力，在广泛的一系列试验结果的基础上通常取0.020作为运行输送带的基本数值进行计算。对于固定的经过适当找正的输送机，如果托辊转动灵活，用来输送内摩擦小的物料，f 值可降低约20%，即0.016；如果带式输送机找正不良，托辊又很差，输送的是内摩擦大的物料，其值可超过基本值约50%，即0.030。

用作模拟摩擦系数的基本值仅适用于正常找正过的带式输送机。确切地说它适用于具有下列情况的输送机：

(1) 实际输送能力为额定输送能力的70%到110%； (2) 输送内摩擦系数为中等的物料；

(3) 输送机承载分支为三辊托辊； (4) 托辊槽角为30°； (5) 输送带速度约为5m/s ； (6) 工作环境温度为20℃；

表5 模拟摩擦系数(推荐值)

安装情况工作条件

f 工作环境良好，制造、安装良好，带速低，物料内摩擦系数小

0.020 按标准设计、制造、调整好，物料内摩擦系数中等 0.022 水平、向上倾斜及向下倾斜的电动工况

多尘、低温，过载、高带速、安装不良，托辊质量差，物料内摩擦大

0.023~0.03

向下倾斜设计制造正常，处于发电工况时

0.012~0.016

(7) 采用迷宫式密封的108mm到159mm直径的托辊，同时输送带上分支(承载分支)托辊

间距为1m到1.5m，输送带下分支(回程分支)托辊间距约为3m。

可以看出，国标中的摩擦系数f与托辊间距、托辊直径、输送带张力无关，而CEMA标准中的摩擦系数与托辊间距、托辊直径和输送带张力有关，不同的托辊间距、托辊直径和输送带张力计算出的阻力差别很大，可见国标中的阻力计算如果f选择不当，计算结果误差会很大，实际上，若设计的输送机条件不满足国标中对f的规定，选择合适的f值难度较大。3．设计实例

某港口输送带长8985m，设计运量6000t/h，采用多滚筒驱动。输送机布置侧形如图1所示，主要设计技术参数及工作条件如表6所示。考虑输送机运行的最恶劣的工况，即冬季满载启动、运行、制动时，采用CEMA标准，主要计算结果如下。

图1 某大型输送机布置侧形图

表6 主要设计技术参数及工作条件

参数名称技术要求

运送物料名称多品种煤炭

运送物料粒度d≤300mm

运送物料密度0.85t/m3

物料动堆积角20°

输送量Ｑ6000t/h

带速v 5.6m/s

水平展开长度L 8985.264m

提升高度H 7.495m

环境温度-20℃~35℃

(1) 托辊参数：托辊类型CEMA E7；承载托辊槽角45°，回程托辊槽角15°；承载托辊间距2米，回程托辊间距4米；

(2) 驱动滚筒处输送带驱入点与奔离点最大张力，见表7；

(3) 输送带选型：ST3150，上下覆盖胶厚度分别为8.0mm和6.0mm，最小安全系数5.47；

(4) 驱动：为了降低输送带张力，采用多滚筒头尾驱动，机头3×1750kW，机尾1750kW；

(5) 张紧：采用重力张紧，张紧力为200kN；

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(6) 滚筒：驱动滚筒直径1300mm，改向滚筒直径900mm。

表7 驱动滚筒处输送带驱入点与奔离点张力

点最大起动张力(kN) 最大运行张力(kN) 最大制动张力(kN)

T11037 865 865

T2490 420 485

T3490 420 485

T4200 200 340

T5358 355 476

T6237 120 567

采用CEMA标准可以很方便的设计大型带式输送机，设计过程易于计算机程序化。4．总结

本文通过上述的设计参数比较可以看出，CEMA标准的带式输送机基本设计参数可选的范围更大，计算方法更精确，反应了带式输送机的发展水平较高。在短距离、小运量带式输送机的设计中，基本设计参数的差异体现得不明显，而大型带式输送机特别是长距离时，基本设计参数选取是否合理对带式输送机性能有很大的影响。通过CEMA标准设计实例为大型带式输送机设计和使用提供参考。

参考文献

[1] 一机部带式输送机联合设计组. TD75型通用固定式带式输送机设计选用手册. 1980

[2] 机械工业部北京起重运输机械研究所. DTII型固定式带式输送机设计选用手册. 冶金工业出版社，1994

[3] 北京起重运输机械研究所. DTII(A)型带式输送机设计手册. 冶金工业出版社，2003

[4] Belt Conveyors for Bulk Materials (Fifth edition). Conveyor Equipment Manufacturers Association, July,

2002

Design of Large-Scale Belt Conveyors System Daqian DONG1 Qing HE 1 Dongmei DU 2 Tianjun LIU 3 Lanhui JIA 1

1. Key Lab of Condition Monitoring and Control for Power Plant Equipment, Ministry of Education, North China Electric Power University, Beijing, PRC, 102206;

2. Dept. of Computer Science and Technology, North China Electric Power University, Beijing, PRC, 102206;

3. China Huadian Engineering Co., Ltd., Beijing 100044

1. Abstract

Large-scale belt conveyors have many advantages, such as heavy tonnage, long distance and multiple pulleys etc, and being widely used in electric power，mine, port fields and so on. N ow the design technology of large-scale belt conveyors is not yet perfect in China，and it is short of experience in running and maintenance. Therefore it is necessary to research in the design, running and maintenance of large-scale belt conveyors. Chinese standard s equal to ISO’s. The international advanced design technology mainly includes the United States criterion Conveyor Equipment Manufacturers Association (CEMA) and Germany DIN criterion. These criterions are more advanced than ISO’s and can fit demands. The CEMA is used in this paper, and design a large-scale belt conveyor. The paper gives the design parameters and calculation methods. It can offer references for other belt conveyors design.

Keywords: large-scale belt conveyors, CEMA criterion, design

作者简介：董大仟，1970年生。博士研究生。专业方向状态监测与故障诊断，华北电力大学（北京）

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