| 孟繁瑜 摘 要 介绍了一种特殊类型的带式输送机——无托辊带式输送机，包括它的3种主要形式：气垫带式输送机、磁垫带式输送机和液垫带式输送机的研究进展和典型结构，对其应用意义及发展前景进行了分析和预测。
关键词 无托辊带式输送机 气垫 磁垫 液垫
1 概 述
胶带输送机是一种连续运输设备，生产率较高。它可运输矿石、煤、粉末状的物料和包装好的成件物品，工作过程噪声较小，结构简单。不仅在国民经济的许多部门，而且在井下巷道、矿井地面、露天采矿场及选矿厂中都获得了广泛的应用。国内外的生产实践证明，胶带输送机在运输量和其它一些技术指标方面，都表现出明显的优越性，但还存在下述问题：
(1)要求较多的维修费用。因其采用托辊支承输送带，设备运行时有较多的运动件，托辊的数量多，损坏的可能性也大，从而维修费用较高。
(2)起动困难。在通用带式输送机中参与运动的总质量大，在一定的阻力因数下输送机的阻力大，特别是输送机起动时的静态阻力更大。
(3)运行速度的提高受到限制。托辊的性能限制了输送机速度的提高，托辊支承的输送带在两托辊组之间具有一定的挠度，当输送带经过托辊组时，物料和托辊发生碰撞产生振动，当输送散状物料时将会产生较大的灰尘。特别是当带速较大时，将会产生强烈的振动，也限制了带式输送机运行速度的提高。
(4)输送带跑偏。在运行过程中，因振动、载荷分布不均、胶带制造偏差及张紧力等因素的影响，输送带可能发生跑偏。
(5)托辊与输送带之间的干摩擦会使输送带磨损较重，并易使输送带过热，形成火灾和爆炸事件的隐患。
因此，某些设计者把注意力转回到了结构更简单而使用更可靠的无托辊带式输送机方面，希望探求减少摩擦的可能性。在普通的托辊带式输送机里面，损耗因数f=0.02～0.06［3］，在无托辊带式输送机的带与槽之间，即使采用适合干摩擦的材料配合，例如用尼龙带在钢床面上运行，摩擦因数也不能低于0.1，而0.1在绝大多数情况下也嫌太高。这样低的摩擦因数只有在两个滑动面之间采用润滑膜才有可能。于是，以现代润滑理论为基础，各国相继开始了多种无托辊带式输送机的研制。
2 无托辊带式输送机研究的现状
2.1 气垫带式输送机
气垫带式输送机的研究工作始于荷兰。德国、美国、英国、日本和前苏联也相继进行研制，其结构得到进一步完善。由于它的技术经济效果显著，近年来发展很快。
气垫带式输送机是将普通带式输送机的承载托辊去掉，改用设有气室的盘槽，由盘槽上的气孔喷出的气流在盘槽和输送带之间形成气膜，变普通带式输送机的接触支承为形成气膜状态下的非接触支承，从而显著地减少了摩擦损耗。
在荷兰Twerte工业大学运输技术实验室最初研制的气垫带式输送机的支承架是一个封闭的长形箱体，箱体的上部为盘槽形，承载胶带在槽里运行，带子的下分支采用了托辊支承，但从原理来讲可以和上分支一样用空气膜支承。一台鼓风机产生所需要的压缩空气，在指定的地方空气被吹入箱形支承架。压缩空气沿空气箱的纵向散布，并通过小孔逸入槽底。这台输送机长18m，带宽0.4m，被用在一条能向上输送200m3／h散料的系统里。
在美国、英国和法国，一种供运送旅客用的气垫输送机获得专利。柔性承载机构（胶带）的垂直面成封闭型，其结构见图1［1］。借助驱动滚筒使胶带运行。在胶带环路内设有带喷嘴的气室，为了减少空气消耗量，在气室的下面设置隔膜，隔膜上带有交错排列的节流孔，节流孔直径和气室喷嘴直径近似。其中较大的节流孔对着气室的无孔段，而直径较小的正对着气室的孔。当胶带承载分支上无物料时，气流使隔膜向上顶住气室，由此阻挡空气通过气室的喷嘴。在有载区段，隔膜和气室之间形成间隙。由此，空气可以通过隔膜的节流孔和气室的喷嘴流出，在胶带承载段下面形成气垫。气室面的上层必须用人造多孔材料制造，这可使胶带有载段的压力降低，而不降低气垫的支承力。
图1 柔性承载机构
1—物料；2—胶带；3—带喷嘴的气室；4—带喷嘴的隔膜 图2所示的是供运搬船和铁路货车的集装箱用的新型双气垫输送机［1］，这种输送机在美国、日本和法国已获得专利。承载胶带用橡胶帆布层和四周围包厚12.7mm的橡胶制成。胶带上有供通过空气和插入金属边缘的贯通槽。设置在胶带上的集装箱具有气室，该气室带有可于胶带表面形成密闭腔室的密封装置。而胶带本身位于喷嘴的底座上，空气通过喷嘴输送到胶带下面。当空气输入时形成双气垫，一个支承胶带，而另一个支承集装箱。由此，胶带的载荷以及相应的运行阻力显著减小。同时，胶带的使用条件以及集装箱在输送机之间的转载条件得到改善。 图2 新型双气垫输送机 1—胶带；2—槽；3—容器；4—底座 在该型输送机的另一方案中，胶带用厚橡胶层和弹性薄壳制成。在弹性薄壳的上面固定与集装箱接触的自由弹性层。当空气输入时，自由层嵌入集装箱底部，执行支承元件的作用。当空气压力达到计算值时，在胶带和底座之间形成气垫，可在牵引力较小的情况下输送集装箱。
气垫带式输送机在前苏联也有研究和应用。克里沃洛格水泥－矿山联合企业的工艺线上，安装使用了一台气垫带式输送机，该输送机用于输送经过筛分的松散物料，并可给球磨机输送干的高炉渣和熟料。该输送机具有纵向密封结构。胶带的承载分支配置在备有弹性密封的槽形垫板内，密封于垫板面平行布置，并用搭板和螺钉固定在垫板上，密封以其边缘压在垫板上，并用螺钉将它与底一起固定在风管上。在槽形垫板的底上钻有通压缩空气的孔，并且边上一列孔位于密封自由的未固定部分下面。这种密封结构能够减小形成气垫所消耗的能量，并保证胶带的垂直稳定性。
太原重机学院于1980年对气垫带式输送机的机理最先进行研究，并建立静态实验台，1982年与原平机械厂合作试制出第一台样机并进行动态试验，1984年在进行工业性试验的基础上，与煤炭部规划设计总院合作，研制出带宽1m，长97m的气垫带式输送机，安装在京西王平村煤矿。1985年，煤炭科学研究院合肥研究所开始设计气垫带式输送机，并把技术转让给安徽、江苏、湖南等省的工厂生产。1985年大连港和天津港分别从英国Simon-Carves公司引进气垫带式输送机，并于1986年投入使用。1989年，德阳市矿山机械厂为昆明人造板机器厂生产的板机配套，设计制造了QDG500-17型气垫带式输送机，供刨花板生产线输送木屑，试制成功并投入生产。 2.2 磁垫带式输送机
在改进现有输送机的同时，也在寻求建立在现代技术与物理学最新成就基础上的矿山运输手段的新途径。在机械制造、冶金、轻工业、采矿和其他工业部门中，利用磁场输送固体物料都获得了日益广泛的应用。
前苏联的有关科研单位进行了磁垫带式输送机的研究。这种输送机的结构类似于普通胶带输送机，区别在于托辊由磁性支承代替，磁性支承由纵向排列的平面钡铁磁铁构成，排列间隔与一般托辊一样，或连续排列，支承设在输送机机架上。胶带采用磁性弹性材料，即在橡胶中加入钡铁粉末，用传统的加热、硫化方法制成胶带，硫化后，胶带在专门的电磁装置中磁化，并能保持磁性达10年之久，因此，胶带实际是个弹性的磁铁。支承和胶带同极安装，产生的排斥力就是胶带和物料的支承力。经计算确定，带宽为1m时，磁铁举力必须达到1.5kN/m2，大致相当于普通输送机胶带的负载。举力主要取决于支承磁铁的尺寸，磁铁宽度减小，高度增加时，举力便增大，使用高磁性的材料，可获得相当大的举力，达7kN/m2。
2.3 液垫带式输送机
液垫带式输送机将通用带式输送机支承胶带的托辊装置改为液垫装置，提高了润滑膜的刚性，消除了干摩擦及因此产生的火灾隐患。
1979年，前苏联的东方采矿科研所和西北利亚生产联合体的工程技术人员共同研制的一种液垫带式输送机的实验样机通过了工业试验。根据试验以及补充的试验研究和理论研究的结果制定出了技术文件，并生产了两套这种输送机。这两套输送机被用于阿巴坎矿山和塔什塔格尔矿山运送矿石。这种输送机的结构特点是，负载输送带是沿着弹性槽转动，弹性槽是由胶带制成并由弹性吊挂支承固定在钢丝绳上，钢丝绳沿输送机机架拉紧。为了降低胶带沿槽运动的阻力和防止摩擦表面发热，在胶带和滑槽之间注入了润滑－冷却介质。该输送机的设计生产率可达1000t/h，运送的矿石的块度可达1200mm。
液垫带式输送机具有简单可靠的载货支撑和缓冲构件系统，改进了封闭循环的工作介质供应回路，工作介质的成分能确保滑槽和胶带间的摩擦因数为0.07～0.12，并确保了防火安全性。对传动装置、边板、胶带清扫装置的结构也做了一些改进。
该液垫带式输送机由驱动滚筒和改向滚筒组成，胶带位于滑槽内，滑槽是由防火胶带做成从支架的两侧横过一段段半弹性的钢索，钢索上悬挂着宽度为0.2m的输送带条吊挂。支架的间距为1.5m，吊挂间距为0.75m，在装载处安装有4个紧靠着的吊挂。
容积为1.5m3的溶液箱盛有工作介质（水和专门的润滑成分），工作介质由泵打入输液管和喷嘴。在输送机工作时，工作介质进入滑槽，再从滑槽自然返回溶液箱。槽中喷嘴安装的间距取决于胶带的宽度，胶带宽度为B，则其纵向间距为0.7～0.8B，横向间距不大于0.5B。喷嘴的透孔直径为4mm。
钢索被焊在立柱的托架上，吊挂一端用扁平的挂钩固定在钢索上，另一端用螺栓和金属薄片固定在滑槽的两侧。因而输送机的承载部分是柔软并富有弹性的，具有很高的抗震性。这样在输送机装载或运送大块矿石时也不会发生剧烈震动。
输送机的主要技术指标：
设计输送能力／t．h－1 1000
胶带和滑槽的宽度／mm 1200 所运矿石块度／mm ≤1200 胶带运行速度／m．s－1 1.5 钢索直径／mm 24 驱动功率/kW 0.8～1.2 整体尺寸／m
长度 30～100 高度 1.5 支架宽度 1.5 传动装置宽度 3.2 线密度／kg．m－1 400 液垫带式输送机的研究工作在我国尚处于初级阶段，1989年，湖南长沙矿山研究院的一项气液垫胶带输送机研究取得专利。1991年，河北省建筑材料工业设计研究院的一项有关这方面的结构构想性研究取得专利。而在实验室试验、工业试验以及试验研究和理论研究方面则未见任何成果发表。 3 无托辊带式输送机的应用和发展趋势 无托辊带式输送机的3种主要形式在应用中各有其优越性和局限性。
气垫带式输送机维修费用低，制造成本低，运行稳定，工作可靠，运输能力高，污染少。其主要缺点是：
(1)由于供气及沿线气压损失而造成能耗较大，特别是输送线较长时其能耗就更大。
(2)空载或轻载的气垫不稳定，输送带中央悬浮过高，带的两侧易被盘槽磨损。
(3)不适用于很粗大的散状物料和成件货物。
(4)不能承受冲击载荷，否则会破坏气垫，因此在装料处仍需缓冲托辊。
(5)由于气室制造上的困难，输送机不易实现平面和空间转弯，只能是直线布置，若要转弯，则该部分需设置过渡段托辊。
目前，气垫带式输送机在理论研究、试验研究和设计制造方面都已经相当成熟，1995年，化学工业出版社出版了《气垫带式输送机的设计选型手册》，由于用户对其结构、性能、优缺点尚缺乏全面的了解，在实际生产中应用仍然较少。
磁垫带式输送机的磁性支承制作简便，可系列生产。磁铁在输送机全线上产生稳定推举力而不需供电。磁性支承设计简单并能制成标准元件。磁垫带式输送机几乎无噪声，安装和维修方便。由于其举力随胶带和支承间的间隙减小而增大，局部过载也无妨工作。
磁垫带式输送机的缺点是：
(1)需要专门的磁性胶带；
(2)保证胶带的横向可靠性的难度较大；
(3)物料输送范围受到限制，由于铁磁性货物受到胶带的吸引，故不能输送。
液垫带式输送机结构简单，造价、运行费用低。液垫的使用保证了支承的刚度，消除了干摩擦及由此产生的火灾隐患。
液垫带式输送机的缺点是：
(1)液体会浸湿胶带，降低驱动力，发生打滑。
(2)在低温工作环境下，使用受到限制。
磁垫带式输送机和液垫带式输送机的研究在国内外进展都不是很大，一些国家完成了工业试验研究，我国则刚刚起步。
4 结 论
与通用带式输送机相比，无托辊带式输送机具有很多优越性：
(1)耗能少。无托辊带式输送机全部或大部不用托辊，其运行阻力大大降低，在输送能力相同的条件下，水平运输时无托辊带式输送机比通用带式输送机的功率小。
(2)维修费用低。无托辊带式输送机的经济性好，突出表现在日常的维修费用低。因为无托辊带式输送机的结构简单，工作可靠，易损零件少，维修费用必然降低。
(3)制造成本低。无托辊带式输送机的滑槽多采用薄板冲压成型，用螺栓联接。因此，容易加工和装配，重量轻，便于批量生产。
(4)运行稳定，工作可靠。无托辊带式输送机输送物料平稳，不会使物料产生分离现象，这对输送化工原料特别适合。另外，大功率通用带式输送机满载时直接起动困难，而无托辊带式输送机的承载带和滑槽之间有润滑膜支承，不需要其它措施就可直接起动。
(5)输送能力高。由于大大提高了带速和改善了胶带的装料断面，比相同带宽的其它带式输送机具有较高的输送能力。
(6)噪声污染小。该类输送机由于只有少量转动部件，因此它的噪声很低。
对通用带式输送机和无托辊带式输送机的结构、性能、能耗、制造安装和维修费用等方面的比较表明，设计制造良好的无托辊带式输送机有可能在一定范围内取代通用带式输送机。
作者简介：孟繁瑜 生于1969年，讲师，1990年毕业于中国矿业大学矿山机械设计专业，1998年于中国矿业大学（北京校区）获机械学硕士学位。现在华北矿业高等专科学校机电系从事教学和科研工作。地址：北京东燕郊，邮码：101601。
作者单位：华北矿业高等专科学校
参考文献
1 杨复兴编译.胶带输送机结构、原理与计算（下册）.北京：煤炭工业出版社，1990
2 C.O.Jonkers.输送机胶带利用气膜代替托辊—空气带式运输机可供选择.起重运输机械，1974(6)及1975(1～3)（连续发表）
3 B.HПNBHOU.磁浮带式输送机.曾国华译.连续运输机械,1989(1)
4 谢明军，孙建明编译.其它类型的各种带式输送机.连续运输机械，1989(6)
5 M.P.Alaxandrod.苏联气垫带式输送机.起重运输机械，1985(1)
6 张亮有.气垫带式输送机与通用带式输送机的比较.起重运输机械，1989(6) | 
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