张建军，许 宁，赵 炎

(神华黄骅港务公司，河北沧洲 061113)

0 引言

带式输送机是散装物料的主要运输工具之一，在能源领域有着十分广泛的应用。其具有高速化、自动化、连续性作业的特点，自1975年被发明以来，被广泛应用于电力、冶金、煤炭、港口、粮食等领域［1－2］。目前，带式输送机的发展趋势是长运距、大带宽、大运载能力、大倾角。仅就神华黄骅港务公司而言，由于其三、四期工程使用了筒仓储煤工艺，建有储煤能力达3万t的筒仓48座，相比传统堆场型储煤工艺而言，大大节约了堆场的占地面积，取消了堆料机、取料机的中间环节，很大程度上提高了煤码头自动化作业程度，有效提高了装船作业效率。伴随着筒仓储煤工艺，相应的带式输送机的运距、运载能力、爬坡角度都要有所提高，该公司所使用的皮带机最长运距达到1 700 m，带宽最大为2 400 mm，最大作业能力达到9 200 t/h。

随着带式输送机向大型化方向发展，皮带机的驱动能力就显得尤为关键，如果驱动能力不能满足要求，输送机的动力来源就得不到保障，将直接影响其作业能力。因此，带式输送机安装完成后进行验收时，业主和监理方不仅需要现场实际考核其性能，还应该从理论角度，根据设备安装的实际情况与所要达到的性能参数，计算出所需的驱动功率，进而与现场实际安装的电机总功率比较，以此来判断带式输送机驱动能力是否满足设计要求。

1 公式推导

1.1 圆周驱动力计算

圆周驱动力是驱动滚筒的牵引力，等于皮带机正常运转时的各种阻力之和［3］。圆周驱动力如下:

式中:FH为主要阻力，N;FSt为倾斜阻力，N;FS1为特种主要阻力，N;FS2为特种附加阻力，N;C为阻力系数，与皮带机长度L有关。

1.1.1 主要阻力FH

输送机的主要阻力是物料及皮带运动所产生的阻力与托辊旋转产生的阻力之和［4］，即:

式中:f为模拟摩擦系数;L为输送机长度，m;g为重力加速度;qRO为承载托辊组每米长度旋转部分质量，kg/m;qRU为回程托辊每米长度旋转部分质量，kg/m;qG为每米长度输送物料质量，kg/m;qB为每米长度输送带质量，kg/m;δ为输送机倾角。

1.1.2 主要特种阻力FS1

主要特种阻力由托辊前倾的摩擦阻力Fε和被输送物料和导料槽挡板之间的摩擦阻力Fgl两部分构成，计算方法如下:

式中:Fε可按如下方式计算:

①三个等长辊子的前倾上托辊:

②二辊式的前倾下托辊:

式中:Cε为槽型系数，30°时为0.4，35°时为0.43，45°时为0.5;μ0为托辊和输送带间的摩擦系数，一般取0.3～0.4;ε为托辊前倾角度;λ为回程托辊仰角;Lε为装有前倾托辊的输送机长度，m。

另外，Fgl计算如式(6):

式中:S为最大物料截面积，m2;l为导料槽挡板长度，m;b1为导料槽裙板间宽度，m;μ1为物料与导料挡板间的摩擦系数，一般取0.5～0.7。

1.1.3 附加特种阻力FS2

针对煤炭输送带而言，附加特种阻力主要是指清扫器与输送带之间摩擦而产生的阻力，因此FS2计算如式(7):

式中:n为清扫器个数，包括头部清扫器和回程清扫器;A为清扫器与输送带接触面积，m2;P为清扫器于输送带之间的压力，N/m2，一般取3×104～10×104N/ m2;μ2为清扫器和输送带之间摩擦系数，一般取0.5～0.7。

1.1.4 倾斜阻力FSt

倾斜阻力是针对提升输送带而言的，是由于物料自重产生的，计算如式(8):

式中:H为输送机受料点与卸料点间的高度差，m，输送机向上提升时，H取正值。

1.2 驱动电机功率计算

传动滚筒轴功率PA计算方法如式(9):

由于传动装置存在功率损耗，因此电机的实际功率要比传动滚筒轴功率大。电动机输出功率要经过高速联轴器、液力偶合器、减速机、低速联轴器等传动部件传递到驱动滚筒上，对于多电机驱动的输送机来说，还需考虑电机启动不平衡性带来的影响。电机功率计算如式(10):

式中:η为传动效率;η'为压降系数;η″为多电机驱动不平衡系数。

1.3 驱动能力验证

根据计算得出的理论电机功率值PM，与现场安装电机的总功率P进行比较，当P≥PM时，说明皮带机的驱动能力满足设计要求。反之，则不满足设计要求，需施工单位加以整改。

2 实例计算

以神华黄骅港务公司BH11－1皮带机为例，对输送带的驱动能力计算进行验证。神华黄骅港务公司经过四期工程建设，已发展成为年下水能力达到2亿t的大型专业化煤炭运输码头。煤炭经铁路运送到黄骅港，利用翻车机卸载直到装船出海过程中全部需要借助带式输送机进行运输，目前全港已建成皮带机102条，正在建设的皮带机21条。其中，BH11－1皮带机是为储煤筒仓输煤的4条干线之一，全长为1 214 m，爬坡角度为12°，带宽为2 200 mm，爬坡高度为53.7 m，额定带速为5 m/s，额定作业能力为8 000 t/h，最大作业能力为9 200 t/h。该皮带机简图如图1所示。

图1 BH11－1皮带机简图

2.1 圆周驱动力计算

2.1.1 主要阻力FH计算

该皮带机的主要阻力需分两段计算，分别为平直段922 m与爬坡段292 m。先确定模拟摩擦系数f，取值如表1所列。

表1 模拟摩擦系数f

根据式(2)需确定如下参数，考虑到BH11－1的使用环境，选取f=0.025;经查设计图纸，可计算出承载托辊每米旋转质量qRO=113.02 kg/m;回程托辊每米旋转质量qRU=29.70 kg/m;每米皮带质量qB=72.60 kg/m;根据皮带机带速与最大作业能力可计算出最大负载时每米皮带上物料质量qG=511.11 kg/m。由此可得:FH=236 629.47 N。

2.1.2 主要特种阻力FS1计算

针对BH11－1皮带机而言，主要特征阻力由三部分构成，分别是前倾承载前倾槽型托辊摩擦阻力Fε1、回程前倾平托辊摩擦阻力 Fε2及导料槽摩擦阻力Fgl。

计算承载摩擦阻力Fε1时，根据式(4)需确定如下参数:该皮带机选用40°槽型托辊，因此Cε=0.47;摩擦系数μ0=0.32;承载面安装有前倾托辊长度分别为平直段Lε1=805 m，爬坡段Lε2=280 m;查图纸可得托辊前倾角度ε1=1.68°;由此可得承载面前倾托辊阻力为:

同样，计算回程摩擦阻力Fε2时，根据式(5)需要确定参数:回程皮带安装有前倾托辊长度分别为平直段Lε2=782 m，爬坡段Lε2=256 m;查图纸可得λ= 5°;ε2=1.04°;由此可得回程皮带前倾托辊阻力为:

该皮带机共有两段导料槽，计算摩擦阻力Fgl时，根据式(6)需确定如下参数:选取μ1=0.55;经查图纸可得最大物料截面积S=0.56 m2;导料槽总长l =45.6 m;物料密度ρ=0.9×103 kg/m3;导料槽裙板内宽b1=1.33 m;由此可得导料槽摩擦阻力为:

综上，由式(3)可得主要特种阻力为:

2.1.3 附加特种阻力FS2

针对该皮带机而言，附加特种阻力即清扫器与输送带之间的摩擦力。BH11－1皮带机共安装中段3个“V”型清扫器，头部清扫器2个。根据式(7)，需确定如下参数:选取摩擦系数μ2=0.5;清扫器与输送带之间的接触面积分别为A头=0.022 m2、A中=0.033 m2;清扫器与输送带之间的压力P=4×104N/m2;由此可得附加特种阻力为:

2.1.4 倾斜阻力FSt

BH11－1皮带机爬坡高度达到53.7 m，由此产生的倾斜阻力在总阻力中占有很大比重。根据式(8)可得:

综上，由式(1)可知滚筒的圆周驱动力等于输送带运行时所有阻力之和，(根据输送带长度，选取系数C=1.07)即:

2.2 驱动电机功率计算

由式(9)可知，传动滚筒功率为:

BH11－1皮带机采用的是5台电机变频启动的方式，电机输出功率依次通过梅花联轴器、二级减速器、弹性柱销联轴器，最后传递给驱动滚筒。根据驱动装置形式，选取传递效率η=0.92;压降系数η'= 0.95;多电机驱动不平衡系数η″=0.93。由此可得所需电机驱动功率为:PM=3 664.46 kW。

2.3 驱动能力校核

该皮带机利用5台功率为750 kW的电动机作为动力来源，可得出皮带机实际驱动总功率P=3 750 kW。由于P＞PM，因此可以验证该条皮带机的驱动能力满足设计要求。

3 结语

详细介绍了一种带式输送机驱动能力校核的方法，根据带式输送机的安装条件和性能要求，可计算出所需的驱动功率，与现场驱动电机的总功率相比，来验证驱动能力是否满足使用要求。然后，以神华黄骅港务公司BH11－1皮带机为例进行实例计算，验证了该皮带机驱动能力能够满足设计要求。

［1］ 陈 钰，戴建立.长距离带式输送机动态分析发展现状［J］.煤矿机电.2003(1):34－36.

［2］ 杨达文，鲍师云.常用带式输送机的现状［J］.起重运输机械，2003(1):4－6.

［3］ 赵道军.长运距、大倾角、高强度带式输送机的研究［D］.西安:西安理工大学，2007.

［4］ 宋伟刚.散装物料带式输送机设计［M］.沈阳:东北大学出版社，2000.