带式输送机用头部伸缩装置的设计计算理论

摘要：随着近年来带式输送机地发展，带式输送机的带宽、带速和输送能力都有显著提升，大宗散料输送系统对带式输送机的整体性能要求越来越高，但带式输送机的许多配套设备的结构缺乏系统的科学的理论依据，以下将针对头部伸缩装置介绍设计过程的主要理论计算和外购件选型计算方法。

关键词：头部伸缩装置；计算；驱动功率；防倾；销齿传动；缓冲装置

中图分类号：C35 文献标识码： A

带式输送机用头部伸缩装置主要用于大型电厂输煤系统、皮带机之间的交叉转运。通过头部伸缩装置驱动系统中的电机正反转，驱动头部伸缩装置在轨道上来回移动，使皮带上的物料被输送到不同的落料点。主要用于以下三处：卸料装置与系统的交叉；皮带机与系统的交叉；系统与煤斗间皮带的交叉。

随着近年来带式输送机地发展，带式输送机的带宽、带速和输送能力都有显著提升，大宗散料输送系统对带式输送机的整体性能要求越来越高。但带式输送机的许多配套设备的结构以及用料仍主要依靠经验和传统的带式输送机手册来设计，缺乏系统的科学的理论依据，这样设计出来的产品对受力较小的设备可能没有多大影响，但涉及到受力较大的设备时不论从结构还是受力方面就突显出不足。如今相关配套设备的研发已成为重中之重，如果配套设备得不到相应改善，必将制约带式输送机的整体发展。头部伸缩装置作为带式输送机的主要配套设备，随着带式输送机的发展向大型化发展迫在眉睫。以下将针对头部伸缩装置介绍设计过程的主要理论计算和外购件选型计算方法。

（一）行走驱动功率

因头部伸缩装置工位切换在停机状态下运行，因此只考虑停机皮带机停机状态下（包括皮带机空载）的驱动功率。

影响头部伸缩装置驱动功率的因素主要有以下几点：

a）停机状态下，由于胶带张紧的存在产生的胶带张力：F张

b）头部伸缩装置克服轮子与轨道间及轴承间的摩擦阻力：F摩

c）由于轨道不平整产生的坡度阻力：F坡道

d）设备移动过程中克服车体上的输送带和物料的运行阻力：F阻

e）设备启动瞬间的启动惯性力：F惯

注：通常头部伸缩装置布置在转运站内，不考虑风载对设备的影响。如果布置在室外，需要根据风压及受力面积计算出风载。

通过上述分析计算可以计算出头部伸缩装置移动部分移动时所受合力：F合，从而确定低速轴所需运行扭矩M运，在运行扭矩的基础上乘以现场使用工况系数等即可确定电机的额定扭矩MN，根据扭矩和功率的关系，即可确定电机驱动功率。

（二）头部伸缩装置防倾计算

分析：通常车体上两个滚筒中心相对行走轮的中心有高差。由于带式输送机运行时的胶带张力会产生转矩使车架有倾翻的趋势。

图一 防倾计算简图

具体计算时，需要以轮组（延皮带机运行方向的前后侧）的中心为固定点，分别计算顺时针旋转力矩和逆时针旋转力矩，对这两个力矩做出比较，得出是否倾翻的结果。

如果最后计算出来会出现倾翻，则需要另外设计防倾翻装置，相反，则无需设置防倾翻装置。

（三）销齿传动计算

针对于行程较长的伸缩头，采用销齿传动代替齿轮传动不仅可以有效锁定，而且在销轴出现损坏时可以方便替换，维护代价较小。

图二 销齿传动简图

销齿传动作为设备移动具体设计步骤如下：

a）根据设计手册推荐的材料选择齿轮所需要材料，该材料为暂定材料，如后期计算该材料满足不了使用要求，需要重新进行选择，重新计算。选定材料后根据设备完成行走所需要的驱动力和强度来确定计算销齿直径dp。

b）根据销齿直径确定节距。推荐选用p=0.475dp，即齿厚和齿槽厚度基本一致。

c）初定齿数z，齿数范围 9～18。选齿数要考虑齿数越多，节圆直径越大，减速机速比会增大，增加设备投入成本。齿数少，节圆直径小，要考虑齿轮轮毂和传动轴的强度。理想的状况是在满足强度的情况下尽量选择较小的齿数。

d）根据上述计算的结果可以确定节圆直径D=p z/π。至此，销齿轮的主要尺寸都已经确定。

e）查机械设计手册销齿传动计算公式确定其余齿形尺寸。

f）校验各部分强度。

g）最后根据手册上提供的绘图步骤绘制出销齿轮齿形图纸。

（四）缓冲装置选型计算

出于安全考虑，对大型移动设备要设置机械止挡装置，在机械止挡装置上增加缓冲装置可以减少极端情况下设备无法正常停机时的设备冲击。

查找缓冲装置的选型样本，可以看出要最终选定缓冲装置，需要确定3个参数：缓冲容量、缓冲行程、缓冲力。

b）缓冲行程的确定：缓冲行程主要根据设备工艺的要求先确定好停机时间，根据行程与速度、时间的关系计算出缓冲行程。

注：如果运动物体在撞击前有推动力，则还需计算出推动力在缓冲行程做的功，此项需要在确定缓冲容量是有所考虑。

c）缓冲力的确定：针对不同类型的缓冲器（弹簧缓冲器、聚氨酯缓冲器、液压缓冲器等等）有相应的计算公式，可根据所选定的缓冲器类型进一步计算缓冲力。

在上述3个参数缓冲容量、缓冲行程、缓冲力都确定的好以后，即可根据样本选择缓冲器型号，需要注意的是3个参数必须同时分别满足样本里的要求，否则，需要重新选出缓冲容量更大的型号，重新进行计算。

本文只是针对带式输送机用头部伸缩装置设计过程中的主要计算部分做出介绍，另外，针对该设备，还有利用有限元分析软件对钢结构部分做的受力分析，均衡轮压计算等等，此处不一一列举，希望以上阐述可以给与有需要的相关人士提供参考。