低阻力托辊对胶带机经济性的影响

cym1984

近年来，随着国家整体经济形势的发展，特别是能源工业的发展，胶带输送机也越来越广泛的应用在电厂、煤矿、钢铁、港口。作为使用者，我们购买胶带机，所关心的大致应该是以下三个问题：

• 设备用来输送散料的能力如何？
• 它的日常耗费和维护费用如何？
• 它的投资是否很大？

而托辊作为带式输送机的基本组成部分，高品质的质量是保证输送机可靠运转和维护费用低廉的必要条件。由于胶带输送机正在向大运量、高带速、长寿命的方向发展，为了满足这种发展趋势的要求，我们有必要以DTII手册（或国际标准ISO 5048-1979《运行功率和张力的计算》）中的相关计算为基础，来阐述托辊的选用对胶带输送机使用的影响，并从托辊选用的角度来回答以上问题：

第一、输送能力

带式输送机的最大输送能力即运量是由输送机带上物料的最大截面积、带速和设备倾斜系数决定的。可按公式（1）或（2）计算：

（1） IV=Sυk，m3/s

（2）Im=Sυkρ，kg/s

式中S-输送带上物料的最大截面积，m2；见图。按公式（3）-（5）计算或参看DTII手册（1994版）表31（第20页）进行查取；

υ——带速，m/s；

K——倾斜系数，按ISO5048（16）计算，也可以按DTII手册（1994版）表32（第20页）进行查取。

ρ-物料的松散密度，kg/m3；

θ-堆积角,一般为安息角的50%-70%。

(3)S1=[l3+（b-l3）cosλ]2tgθ/6

(4)S2=[ l3+（b-l3）cosλ/2] [(b-l3) sinλ/2]

(5)S= S1+ S2

式中：

b-有效带宽,m；

l3——等长三节辊的辊子长度，m。

对于公式的意义，我们可以参看下面的图示；

                               
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为了节约成本，绝大部分用户都采用降低带宽提高带速的方式来满足最大的输送能力；从公式（1）或（2）中我们可以看到，当我们选定输送既定物料的带宽后，运量的大小与带速的快慢就构成了简单的线性关系；运量越大，带速就越快；带速越快，对托辊径向跳动的要求就越高。

如果径向跳动过大，容易出现两种后果：一是径跳的频率接近设备结构的固有频率，形成的共振会恶化设备运行环境、进而损坏设备结构；二是改变模拟摩擦阻力系数的构成比例、加大了模拟摩擦阻力系数的数值，增加了设备的系统损耗。

（GB10595-89）《带式输送机技术条件》中（3.9.2款）规定：托辊辊子(除缓冲、梳形等特殊辊子外)外圆径向圆跳动应符合表8的规定，尽管这个规定尚未考虑托辊直径的影响因素，但在目前我们依然遵守这项规定。

表8

带速 （m/s）	辊子长度
	<550	≥550～950	>950～1600	>1600～2400
>3.15	0.5	0.7	1.3	1.7
<3.15	0.7	1.0	1.5	1.9

许多厂家目前都在想方设法降低托辊的径跳。如果利用先进的工艺设置和自动化流水线的双重保证，托辊的径向跳动控制在国标规定的80%以下是完全能够做到的。

第二、费用影响

对于一台胶带输送机而言，易损的备品备件的更换从总体数量上来讲，托辊无疑是最大的。如果我们使用长寿命、免维护托辊，那么除了更换到达寿命期限的托辊之外，日常的耗费基本上就是电费损耗。下面我们通过圆周驱动力及所需功率的计算，来详细说明由托辊产生的模拟摩擦阻力系数对胶带机整体功率和部分费用的影响。

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2.1电机功率
A、圆周驱动力Fu
传动滚筒上所需要圆周驱动力Fu为所有阻力之和，可按DTII手册（1994版）（第20页）中公式（8）、（9）进行计算；
(8)Fu=FH+FN+FS1+FS2+FSt       N
FH-主要阻力，N；
FN-附加阻力，N，见DTII手册（1994版）（第22页）表35；
FS1-特种主要阻力，即托辊前倾摩擦阻力及导料槽摩擦阻力（N），参见表36；
FS2-特种附加阻力,即清扫器、卸料器及翻转回程分支输送带的阻力（N），见DTII手册（1994版）（第22页）表36；
Fst-倾斜阻力，N；      Fst= qGHg。
如果我们将主要阻力的内容带入到公式（8）中，可变形为：
(9)Fu=f L g[qR0+qRu+(2qB+qG) COSδ]+ FN+FS1+FS2+F  St     N
当输送机倾角δ小于18°时,可选取cosδ≈1。
对于长距离带式输送机（机长大于80m），附加阻力明显小于主要阻力，可引入系数C，来考虑阻力，它取决于输送机的长度，可按公式（10）进行计算。
（10）Fu=C f L g[ qRO + qRU + (2qB+qG )]+ qG H g+ FS1+FS2       N
式中：C-长度系数，按ISO5048的公式（6）计算或按DTII手册（1994版）表33（第21页）进行查取；
f-模拟摩擦系数，根据工作条件及制造、安装水平选取，参见表34；
L-输送机长度（头、尾滚筒中心距），m；
g-重力加速度，g=9.81m/s2；
qR0-承载分支托辊每米长旋转部分质量, kg/m，见DTII手册（1994版）第二部分型谱表7.1、7.2；
qRu-回程分支托辊每米长旋转部分质量, kg/m，见DTII手册（1994版）第二部分型谱表7.1、表7.3、表7.4；
qB-每米长输送带的质量，kg/m，参见DTII手册（1994版）第二部分型谱表17、表22或各厂样本；
qG-每米长输送物料的质量，按公式（11）计算；
当倾角大于18°时输送机载荷qB、qG必须乘以cosδ。
对于机长小于80m时，仍按公式（9）进行计算。
(11)qG=IVρ/υ      kg/m
式中IV–输送能力,m3/s
ρ–物料的松散密度, kg/ m3;
υ-带速, m/ s
B、传动功率计算
(12)PA=Fuυ
式中 PA-传动滚筒轴所需功率，kW；
Fu-圆周驱动力, kN；
υ– 带速, m/s。
驱动电机轴所需功率PM
（13）PM=PA/η1     kW（带式输送机所需正功率）
式中η1 =0.78～0.95。
至此，胶带输送机的电机功率就确定了。根据计算出来的电机轴功率选取对应的电机规格和与之配套的液力耦合器、减速器、制动器、联轴器以及适合驱动电机电压、电流的电控装置和供电系统。
现在，我们回过头来再看看电机功率的计算顺序：
圆周驱动力  Fu = C f L g[ qRO + qRU + (2qB+ qG )]+ qG H g + FS1+ FS2
传动滚筒轴所需功率  PA = Fuυ
驱动电机功率  PM = PA /η1
从上面这三个公式我们可以看到，当胶带机的选用参数（物料种类、运量、带宽、带速和布置尺寸）确定下来之后，对驱动功率影响最大的因素就是模拟摩擦系数f。
C、模拟摩擦系数f
模拟摩擦系数f是由托辊的旋转阻力和输送带的前进阻力组成的，其中输送带的前进阻力主要是由托辊径向跳动产生的。
在大量理想的试验结果的基础上，通常取f＝0.020作为运行输送机的基本数值进行计算。一般将模拟摩擦系数f＝0.020值代入公式（9）或（10），大致可以得出足够精确的带式输送机传动滚筒的驱动力，但这只是对于固定且调整良好的输送机，它使用的托辊的质量必须好；如果带式输送机安装调整不良，托辊质量又较差，其f值甚至可超过基本值的50%以上，即0.030以上。
模拟摩擦系数f对胶带机正常运行的影响是非常大的。2005年，四川某输送机的主机厂承接的山东莱芜钢铁集团焦化厂项目中，由于胶带机的运行阻力过大，空载调试时无法正常启动运行。其中的一条皮带机不得已在原设计的基础上又增加了一套相同的驱动装置，同时还增加了相关的电控装置、开关柜等设备。因为系统电力损耗过大，造成变压器容量不足，最后又增加了一组变压器。
下表的内容是在DTII手册的基础上，按照DTII(A)型带式输送机设计手册（P632）的内容整理的。

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表34  模拟摩擦系数f(推荐值)
安装情况         工作条件         f
水平、向上倾斜的工况         制造质量及安装良好，托辊转动灵活，物料内摩擦系数小         0.016
        额定输送能力，槽角30°，带速<5m，物料内摩擦系数中等         0.020
        托辊直径较小，带速>5m，托辊质量差，物料内摩擦大         0.030
向下倾斜         设计，制造正常，处于发电工况时         0.012
进入二十一世纪以来，先进的自动化流水线为高品质、低阻力托辊的大规模生产提供了先决条件，也为大运量、高带速、长距离胶带机的使用准备了必要的物质基础。
2004年动工兴建、位于广西天峨县境内的龙滩水电站，是继三峡水利枢纽工程之后的第一个国家重点大型水电工程。工程中所有的骨料、混凝土均采用胶带输送机进行连续输送作业，其中长距离胶带机长度3945米，带宽1200毫米，带速4米/秒，最大输送能力可达3500吨/小时；托辊的阻力系数达0.019以下。
2005年投入运转的、位于广西贵港市潭塘区的华润（贵港）水泥项目中的原料输送线-长距离曲线胶带机，开创了我国单条胶带机空间多角度输送的先河。该条胶带机的水平投影长度8181.83米，带宽1200毫米，带速3.5米/秒，额定输送能力1800吨/小时，经过运行测算，该胶带机托辊的阻力系数达0.018以下。
2006年开工的、位于云南省昭通市水富县境内的三峡公司向家坝水电项目，它的原料输送线是我国目前最长的输送线。输送线单线总长度近31千米，带宽1200毫米，带速4米/秒，最大输送能力3500吨/小时。业主方经过调试测算，该胶带机托辊的阻力系数为0.016~0.017之间。
比起某些不良托辊产生的阻力系数，高品质托辊的阻力系数可降低50%以上，这对设计者的成功和使用者的满意都是非常重要的。
2.2输送带
大家都知道，输送带的带强选取是以输送带最大张力乘以安全系数为依据的。输送带张力在整个长度上是变化的，为保证输送机的正常运行，输送带的张力必须满足以下两个条件:

                               
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1.        输送带的张力在任何负载情况下,作用到全部滚筒上的圆周力是通过摩擦传递到输送带上,而输送带与滚筒间应保证不打滑(又称为不打滑条件)。
2.        作用到输送带上的张力应足够大，使输送带在两组承载托辊间保持垂度小于一定值(又称为最小垂度条件)。
A、不打滑条件
圆周驱动力Fu通过摩擦传递到输送带上，（见图6），为保证输送带工作时不打滑，需在回程带上保持最小张力F2，按公式（15）进行计算：
（15）F2min≥Fumax/（eμΦ-1）
式中：Fu max-满载输送机启动或制动时出现的最大圆周驱动力；
μ-传动滚筒与输送带间的摩擦系数，按DTII手册（1994版）表37（第21页）进行查取
Φ-传动滚筒的围包角，一般取2.8～4.2(160°～240°)弧度；
eμф-尤拉系数, 按DTII手册（1994版）表38（第21页）进行查取。
B、最小垂度条件
为了限制输送带在两组承载托辊间的下垂度,作用在输送带上任意一点的最小张力Fmin,需按公式(16),(17)进行计算。
（16）承载分支    Fmin>a0（qBqG）g/8（h/a）max        N
（17）回程分支    Fmin>auqBg/8（h/a）max        N
输送带许用的最大下垂度应满足h/a≤0.01
C、输送带的选择
(18)Z=F1 max .n/B.σ
式中Z-输送带层数
F1 max-稳定工况下输送带最大张力，N；
n-稳定工况下输送带静安全系数；
σ-输送带纵向扯断强度,N/mm.层，见表16；
B-带宽, mm。
现在，我们可以把这个公式变形为：
F1 max = Z&#8226;B&#8226;σ/n
从这个公式中我们可以看到，在带宽B和安全系数n不变的情况下，输送带张力F1 max的增大，也将会引起其它参数的变化，要么提高带强σ，要么增大层数Z,或两者都增大。但是，无论改变哪一个参数，都将会造成投资的大幅度增加。
第三、设备投资
一项工程的投资大小是根据工程性质和工程需要决定的，每个设计者和使用者都希望以最小的投资获得最大的回报。一般我们通过以下两个方面降低工程费用，即：
A、通过优化选型设计，最大限度地降低工程造价；
B、合理配置，最大程度地发挥功能部件的功用；
我们可以通过举例说明高品质托辊对降低费用所起到的作用。

cym1984

示例胶带机的基本参数：
输送机名称/编号：         A - 1        物料特性：         
带宽：         1400  mm         物料名称：        原煤
输送能力：         1500t/h        环境温度：        20 ℃
工 作 制：         16 Hours/day s        物料密度：        1.0 t/m3
环    境：         户外         输 送 带：         带长 2015 m
输送距离：         水平 1000 m                带速 2.5 m/s
        垂直  0  m        托    辊：        直径 133 mm
        倾斜角度 0 o                 轴承 6305zz
驱动类型：         头部双驱动        上辊间距：        1.2 m
包    角：         2X200o         下辊间距        3 m
示例胶带机的基本参数：
客户         例1        例2
托辊         普通         高品质、低阻力
输送带带重         23.56kg/m        21.7kg/m
输送带名称         EP200         EP200
输送带层数         5        4
上覆盖胶厚度         6 mm         6 mm
下覆盖胶厚度         3 mm         3 mm
电机型号         Y315M2-4        Y280M-4
电机功率         160KWX2        90KWX2
减速器型号         DCY450        DCY380
客户         例1        例2
滚筒         直径(mm)        重量(kg)        数量         直径(mm)        重量(kg)        数量
传动         800        5106        2        800        3060        2
增面         500        3276        2        500        2876        2
改向         800        1350        1        800        1124        1
客户         例1        例2
模拟摩擦系数f         0.033        0.013
主要部件可比价格         传动滚筒         12.765        5.24
        改向滚筒         10.177        7.8
        减速器         24.076        14.704
        电机         4.224        2.204
        胶带         130.33        98.354
总计（万元）         181.572        128.302
例2与例1比较设备投资节约成本：181.572-128.302=53.27万元。
如果设备每天运行16小时，一年有300个工作日，
例1电机功率为160X2=320KW，
例2电机功率为90X2=180KW，
按每度电0.5元计算，则每年节约电费，
为：16*300*(320-180)*0.5=33.6万元。
结论
通过前面理论计算的论述，我们大致说明了篇头提出的三个问题，即：
托辊对输送机的输送能力、费用和投资的影响，以及低阻力托辊存在的优势。我们仅以一条简单的一公里长度的胶带机举例，即能说明其不菲的价值影响；对于长距离、大运量、高带速的输送机，高品质、低阻力的免维护托辊给用户带来的经济效益，历来为大家重视。

cym1984

有没有哪家公司的托辊可以做到长期的托辊旋转阻力保持在一个非常低的阻力，旋转灵活，轴承保持不污染的啊。大家都没人关注这些么

gaoyong

在皮带机行业,高回转精度,低旋转阻力,长寿命的托辊是个方向。但是目前皮带机产品的低价位，没人愿意在托辊提高上下工夫。目前“神效托辊”自己说不错，不知实践检验的怎么样？

cym1984

据说“神效托辊”的旋转阻力能一直保持一个比较低的旋转阻力在1N左右。说他们的密封结构比较独特。上次在矿业大会上听他们老板说过。

jimezhu

还神效托辊,能完完全全按标准生产的企业已经不多了!!!!    完全按标准,价格在市场上就显得很高,没生意~~~很难~~~

jingyc

同意9楼说的

xqls201

同意9楼的说法，现在托辊也是广告做的好，效果好不好也只有用了的知道，谁敢说自己的托辊好的跟5楼所描述的那样的，应该没有。

woaiqqqq

我们做的滚子还可以的，天津塘沽的厂家。就不说名字了我是质保的，检查还是不错的

bjsmz

楼主的文章非常好！只是托辊不但需要低阻力、还需要不污染，才能够实现带式输送机的高安全可靠性和节能性。并且延长各种相关部件（胶带、滚筒、减速机、液力耦合器等）使用寿命5倍；降低选型带强和配置功率，减少投资费用；避免维修的大量人力和物力；尤其提高输送系统设备运转率的综合经济效益非常可观。

bjsmz

楼主cym1984你好！希望与你更广泛的交流。看到信息请加我QQ502360568。中国一定能够引领带式输送机行业技术的发展。

lxw1986

B1200皮带机能运3500T/h吗？

bjsmz

lxw1986 发表于 2013-6-3 14:24
B1200皮带机能运3500T/h吗？

14楼你好！B1200的皮带机达到3500T/h，带速需要达到8m/s以上，没有问题的！