皮帶輸送機設計計算對比研究
皮帶機技術(shù)設計主要是通過理論上的分析計算，確定合理的運行參數(shù)，選出滿足生產(chǎn)要求的輸送機各個部件，或者對選定的部件參數(shù)進行驗算，完成輸送線路的宏觀設計。設計計算一般采用概算法或逐點法進行計算，得到驅(qū)動滾筒軸功率、電動機功率和各特性點張力，為部件選型打下基礎。
在皮帶機初步設計階段，要計算出傳動滾筒軸功率、電動機功率以及各特性點張力。通常采用概算法或逐點法計算上述數(shù)據(jù)，前者比較粗略，后者較精細。以某1米帶寬固定帶式輸送機設計為例(布置圖見下圖)，其采用了頭部傳動、尾部改向、中部重錘拉緊的結(jié)構(gòu)方式，設計時先后采用了兩種算法，最后對最終結(jié)果進行比較，收到了較好的設計效果。
概算法計算功率和各特性點張力
在初步設計階段，確定原始條件:原煤比重 γ、物料粒度X max、 輸送量Q=600t/h、傾角β=16°，
頭部滾筒到尾部滾筒的水平中心距Lh=162.2m，
垂直拉緊滾筒中心線距頭部滾筒的水平距離Lh1=135.50m
托輥布置間距為：上托輥間距l(xiāng)0=1.2m 下托輥間距l(xiāng)0′=3.0m
導料槽長度根據(jù)卸料情況布置長度L=12.0m
預選帶速v=2.0m/s后，算出帶寬B=1m。然后初選聚酯帆布帶EP-200，6層，計算輸送帶單位長度的質(zhì)量q0=16.28 kg/m
1.1.選擇托輥
根據(jù)運行條件及手冊相關(guān)參數(shù)，先初選托輥型號，計算承載及回程托輥單位長度質(zhì)量備用。
承載托輥組轉(zhuǎn)動部分單位長度的質(zhì)量qtz= 11.6 kg/m
回程托輥組轉(zhuǎn)動部分單位長度的質(zhì)量qtk= 3.7 kg/m
承載、回程托輥組轉(zhuǎn)動部分單位長度的質(zhì)量qt= 15.30 kg/m
1.2.傳動滾筒圓周力計算
1.2.1.運輸物料單位長度的質(zhì)量：q=Q/（3.6×v）=83.33 kg/m
1.2.2. 計算特種阻力:
特種阻力：Fs= Fτ+ Fgl+Fb=1463.2 N
托輥前傾阻力Fτ、犁式卸料器的摩擦阻力Fb為零（均沒有配置）
受料區(qū)加速段外輸送物料與導料槽側(cè)板間的摩擦阻力：
Fgl=μ2×q2×g×ιb/（103×γ×b02）=1463.2 N
1.2.3.輸送機的總圓周力：
首先，擬選運行阻力系數(shù)f=0.026 附加阻力系數(shù)CN=1.54
計算得物料的提升高度：H=46.51 m
圓周力: F=CN×f×L×g×[qt+(2q0+q)cosβ]+g×q×H+Fs=47746 N
1.3.功率計算
1.3.1. 驅(qū)動滾筒軸功率P=10-3×F×v=95.5 kW
1.3.2.電動機功率確定：
功率備用系數(shù)（通常取Kd=1.2～1.3）Kd=1.3
驅(qū)動裝置的傳動功率（一般η=0.85～0.9） η=0.86
電壓降系數(shù)（通常ξ=0.90～0.95） ξ= 0.9
多機功率不平衡系數(shù)（一般ξd=0.90～0.95），因為是單機驅(qū)動，取ξd=1
電動機的總功率：N1=Kd×P/（η×ξ×ξd）=160.4 kW
選擇電動機型號為YKK450-4，額定功率200 kW
1.4.輸送帶張力計算：
1.4.1.根據(jù)傳動條件和垂度條件，計算最小張力S1
擬選傳動滾筒動載荷系數(shù)Ka=1.5、傳動系數(shù)C=0.428，計算得出最小張力由傳動條件確定，取S1=C×Ka×F=30653 N
采用垂直拉緊方式，計算回程分支主要阻力F回=-6596 N，
回程頭部滾筒到垂直拉緊滾筒的各項阻力和F6=-5407 N。
1.4.2.各點張力計算
忽略皮帶和滾筒間的摩擦阻力，在比較粗略的情況下計算各個特性點張力，如下：
S1=S2=S3=30653 N S4=S5=S6=S7=S8=S9=S1+F6=25246 N
S12=S1+F回=S10=S11=24057 N 2.4.3 輸送帶最大張力 Smax=S13=S1+F=78399 N
逐點法計算功率和各特性點張力
2.1.計算有關(guān)數(shù)值
上托輥阻力系數(shù)W’=0.04 下托輥阻力系數(shù)W”=0.035
上托輥單輥轉(zhuǎn)動部分質(zhì)量M’= 4.65kg
下托輥輥子轉(zhuǎn)動部分質(zhì)量M”= 11.01kg
單位長度煤重q=Q/(3.6×V)= 83.33kg/m
單位長度皮帶重 q0=(6×1.58+5.1+1.7) ×B= 16.28kg/m (EP200型聚酯帆布帶,6層,上膠厚4.5mm,下膠厚1.5mm)
單位長度上托輥輥子轉(zhuǎn)動部分質(zhì)量 q’=3M’/l0= 11.6kg/m
單位長度下托輥輥子轉(zhuǎn)動部分質(zhì)量 q”=M”/10′= 3.7kg/m
2.2.各部阻力計算
彈簧清掃器阻力（頭部） W彈=100×B= 100.0kg
物料加速阻力W物加=q×V2/(2g)=17.0kg ，
導料槽阻力 W導=(1.6B2×γ+7) ×L=101.3kg
空段清掃器阻力W空=20×B= 20.0kg
承載段部分阻力
W上=(q+q0+q’) ×Lh×w’+(q+q0) ×Lh×tgβ=5347.3kg
空載段(頭部和垂直拉緊之間)部分阻力
W下1=(q0+q”) ×Lh1×w”-q0×Lh1×tgβ=-537.9kg
空載段(垂直拉緊和尾部之間)部分阻力
W下2=(q0+q”) ×(Lh-Lh1) ×w”-q0×(Lh-Lh1)tgβ=-106.0kg
2.3.逐點法計算張力
滾筒參數(shù)選擇：滾筒摩擦系數(shù)μ=0.35 圍包角 α=193.62°
2.3.1.滾筒各處張力存在如下的函數(shù)關(guān)系：
S13=eμα×S1 S8=S7
S2=S1+2×W彈 S9=1.03×S8
S3=1.02×S2 S10=S9+W下2+W空
S4=S3+W下1+W空 S11=1.02×S10
S5=1.03×S4 S11= S12
S6=S5 S13=1.04×S12
S7=1.04×S6 Smax=S13+W物加+W導+W上
2.3.2.試算各特性點張力值如下:
S1=2423kg S8= 2311kg
S2=2623kg S9= 2380kg
S3=2675kg S10= 2294kg
S4=2157kg S11= 2340kg
S5=2222kg S12= 2340kg
S6=2222kg S13=2434kg
S7=2311kg Smax=7900 kg=77420 N
經(jīng)過上述張力初算，S13= 2434kg，大于按照懸垂度核算的最小張力Fmin =l0×（q+q0）×cosβ/(0.02×8)=718kg ，滿足最小承載力條件，則最大張力Smax=7900 kg。
2.3.3.功率計算
功率備用系數(shù)K=1.3，總傳動效率η=0.86
傳動軸功率N0=(Smax-S1) ×V/102=107.5kW
電機傳動功率N2=K×N0/η=162.5kW
2.4.電機選型
選擇電機:三相異步電動機,額定功率200kW
兩種方法算出的電動機功率分別為N1=160.5 kW，N2=162.5kW，數(shù)值接近，故選擇功率200 kW的電動機可行。
根據(jù)各處張力值計算滾筒處的合力后選擇滾筒，前者最大張力Smax1 =78399 N，后者Smax2 =7900 kg =77420N，兩者差值為979N,數(shù)值接近。在第一種方法中，只是計算了關(guān)鍵特性點張力，因此之后部件選型應考慮可靠的余量；第二種方法逐項計算了各點張力，結(jié)果更為精細，可以為部件選型提供可靠的依據(jù)。
皮帶機設計也是一個經(jīng)驗積累的過程，應根據(jù)皮帶長度、運輸能力、寬度、帶速等選擇合適的計算方法，有時還可以用不同算法對同一設計項目進行驗證，使得設計結(jié)果滿足錯綜的現(xiàn)場環(huán)境要求。
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