间断运行皮带机电动滚筒功率计算与实践

  间断运行皮带机电动滚筒功率计算与实践 84 2 00 6.01CMTM 产品·技术 Product & Technology 电动滚筒作为带式输送机的动力源，与一般减速 机构相比，因其具有结构紧密相连、效率高、耗能少、噪音 低、安装维护方便等优点，已广泛地应用于各行各业作 为输送机械等设备的驱动装置。电动滚筒功率是选择 电动滚筒的主要参数之一，其计算方式繁多，采用不一样 的计算方式得出的结果存在某些特定的程度的偏差，使得电 动滚筒的设计开发与生产一直处在一种经验指导状态， 如何正确、合理、迅速地计算和选取电动滚筒功率，是 保证输送机械正常工作的关键，也是电...

  84 2 00 6.01CMTM 产品·技术 Product & Technology 电动滚筒作为带式输送机的动力源，与一般减速 机构相比，因其具有结构紧密相连、效率高、耗能少、噪音 低、安装维护方便等优点，已广泛地应用于各行各业作 为输送机械等设备的驱动装置。电动滚筒功率是选择 电动滚筒的主要参数之一，其计算

  繁多，采用不一样 的计算方式得出的结果存在某些特定的程度的偏差，使得电 动滚筒的

  开发与生产一直处在一种经验指导状态， 如何正确、合理、迅速地计算和选取电动滚筒功率，是 保证输送机械正常工作的关键，也是电动滚筒行业和 连续输送机械行业工程技术人员一直关心的问题。对 间断运行皮带机电动滚筒功率该如何计算和选取，才 能使之既经济又合理呢？本文结合自己的设计实例， 通过对电动滚筒功率的几种常用计算方式得出的结果 进行比较

  ，推荐一种简易、可行、人的因素干扰较 少的功率计算方式，并对间断运行皮带机电动滚筒采 用等效功率计算法选用电动滚筒 ，供各位参考。 1电动滚筒功率的计算 我们设计开发的混凝土搅拌站，用皮带机输送来完 成骨料的提升。骨料计量好后，由水平皮带机输送至斜 皮带机，通过斜皮带机输送入骨料中间仓，根据混凝土 搅拌站周期性工作的特点，皮带机属间断运作时的状态，下 面以混凝土搅拌站中斜皮带机电动滚筒的功率设计计算 为例，说明如何结合实际使用情况，合理选用电动滚筒。 斜皮带机基本结构如图1所示。 间断运行皮带机电动滚筒 功率计算与实践 Power Calculation for Electro-driven Drum of Intermittent Running Belt Conveyer and Its Running Practice ■ 长沙中联重工科技发展股份有限公司李胜娥/ LI Sheng’e孙杰/SUN Jie 摘要：本文在电动滚筒功率的选型过程中，通过对电动滚筒功率的几种常用计算方式得出功率结果的比较分析， 推荐功率的简易计算方式，并采用等效功率计算方式计算间断运行皮带机电动滚筒的功率。 关键词：间断运行电动滚筒功率计算 1.1斜皮带机的参数： 带宽： B=1000mm ； 机长： L=45m ； 倾角： β=18°； 输送量： Q=900t/h ； 带速： V=2m/s ； 粒度： ≤100mm ； 输送物料： 沙子、碎石 ； 物料堆比重： γ=1.6 t/m3 ； 物料动堆积角：α=20°； 槽形托辊倾角：θ=35°。 1.2电动滚筒驱动功率计算 1.2.1电动滚筒轴功率计算 电动滚筒功率的计算方式有多种，采用不一样的计 852 00 6.01 建设机械技术与管理 产品·技术 Product & Technology 算方法计算所得结果不完全一样，下面采用几种计算方 法对斜皮带机电动滚筒功率进行计算。 (1)、用德国DIN22101

  及丹麦JOKI公司计算 方法计算 式中， P：电动滚筒轴功率，kW； C：输送带、轴承等处阻力系数,查

  得C=2.4[1]； f：托辊阻力系数，一般取0.025～0.03,取f=0.03； L：输送机的电动滚筒与尾部改向滚筒中心距的水 平投影，m； Gm：输送带、托辊、改向滚筒等旋转零件的重量， Kg/m，查表得Gm=56Kg/m[1]； V：带速，m/s； Q: 输送量，t/h； H：输送物料提升高度，m，向上输送为“+”、向 下输送为“-”，本文为“+”。 该计算方式是在基本公式的基础上，引进一个实 验值C作为修正系数，来表示运输长度。值得注意的 是,该公式中的L并不是输送机的实际长度,而是输送 机的电动滚筒与尾部改向滚筒中心距的水平投影,即 “斜皮带机简图”中的L0。目前，天津减速机股份有限 公司、泰兴减速机股份有限公司等电动滚筒生产厂家 均推荐采用该公式计算电动滚筒的功率，供设计开发 者选型时参考。 现将斜皮带机相应参数c=2.4（查表）[1]，f=0.027， L=45×cos18°=42.8m，Gm=56Kg/m，v=2m/s， Q=900t/h，H=L sinβ=45sin18°=13.9m代入式(1)得： （2）用ISO计算方式计算 其中， 式中 Fu：圆周力， kN； FH：空载运行阻力，kN； FN：物料水平输送的附加阻力，kN； Fn：物料输送的提升阻力之和，kN，向上输送为 “+”、向下输送为“-”，本文为“+”； Fs：特种阻力之和，kN，包括导料栏板、空段清扫 器、头部清扫器、犁式卸料器等附属装置产生的阻力之 和，kN； q’、q”:分别为每米机长上、下托辊旋转部分质量， kg/m； q0、q：分别为每米输送带及机长物料质量，kg/m； g：重力加速度，g=9.81m/s2； β：输送倾角； f：模拟摩擦系数，通常取0.02～0.03，本文取f=0.03； c：系数，根据已知参数，查文献得C=2.5[1]； 其他符号同(1)式。 本公式是大家常用的功率计算方式，对于输送长 度大于80m时，由于C值稳定，计算结果好，而输送 长度小于80m时，C值在一个范围内，不同设计者按其 经验取值偏差较大，因此计算结果差异亦较大[1]。与（1） 式相比，由于参数较多，计算起来较为复杂。 根据斜皮带机相应参数,本身结构及相关参考资料[1-2], 将c=2.5，f=0.03,L=45m,q’=15.1kg/m,q”=5.7kg/m， q0=15kg/m,q=125kg/m,β=18°,H=Lsinβ=45sin18° =13.9m，v=2m/s和FsV=0.1P代入式(2)得： （3）用简易计算方式计算` (4) (5) 式中 L：输送机长度，m； B：输送带宽，mm； H：输送物料提升高度，m，向上输送为“+”、向 下输送为“-”； 简易计算方式其实是在丹麦JOKI公司计算方式的 基础上，对系数f、C、Gm进行简化得来的，这样，只要 知道输送机长度、带宽、带速、输送量及物料垂直提升 高度（或输送倾角），就可以算出其轴功率。与其它公 式相比，避免了许多人为因素的干扰，因而比较客观。 86 2 00 6.01CMTM 产品·技术 Product & Technology 将斜皮带机相应参数B=1000mm，L=45m， H=L sin β=45sin18°=13.9m， v=2m/s，Q=900t/h，代入式(5)得： 关于电动滚筒轴功率计算公式，除上述列出的公 式外，还有日本JISB 8805标准及美国古德意公司计算 方法、古德里奇公司计算方式、赫泽尔(HETZEL)计算 方法、我国的TD75计算方式等，各种计算方法，各有 其优点和局限性，碍于篇幅有限，在此不再一一例举。 1.2.2电动滚筒轴功率的确定 通过以上计算可知，对相同参数的斜皮带机，用丹 麦JOKI公司计算方法计算所得轴功率为43.95kW，通 过国内外一些连续输送机械实际应用情况，可知其对 大型和微型输送机的功率计算结果偏小；用ISO计算公 式计算所得轴功率为42.93kW，由于本皮带机长度为 45m，小于80m，综合修正系数C的值在一个范围内， 取值因人而异，计算结果也各不相同；用简易计算方法 计算所得轴功率为46kW，由于简易计算公式的参数都 是客观数据，省却了许多查参数的麻烦，能有效地避免 人的因素的影响，由以上计算结果可知，用简易计算方 法计算结果与前两种计算方式所得结果差别不大，作 为功率估算和设备选型，建议大家优先采用简易计算 公式计算，现以简易计算方式所得结果值即P=46kW计 算电机功率。 1.2.3电机功率计算 P0：电机功率，kW； P：轴功率，P=46 kW； η：总机械效率；η=0.89 ； 将以上各值代入式（6）得 在混凝土搅拌站中，斜皮带机实际使用工况属间 断工作方式，且其负载属变动负载连续周期工作的情 况，若按连续输送机械工况，根据该电机功率计算值 P0=51.7kW来选取电动滚筒，至少要选电机额定功率 为55kW的电动滚筒，这样，对间断运行的皮带机来说， 势必造成能源的浪费，就是通常所说的“大马拉小车” 的情况，这样既不经济又不合理,是设计人员应避免 的。对这种间断运行皮带机电动滚筒，可按等效功率法 计算出等效功率值，选取电动滚筒，再按短时工作制校 核电机功率。 1 . 3间断运行电动滚筒功率的确定 1.3.1 等效功率的计算 以斜皮带机一个周期为例，从上料到满负荷工作 时间为15s，满负荷上班时间持续6s后，开始卸料，经 过15s后进入空载状态，24s后又进入下一个周期，其 功率曲线所示。 根据等效功率法 Prms ：等效功率，kW； p1、p2、p3、p4 ：分段功率，kW； t1、t2、t3 、t4 ：各分段负载维持的时间，s。 又根据三角形功率等效公式： Pjrms ：三角形曲线等效功率，kW。 。 因此 。 由Prms=26.7kW，本应选功率为30kW的电动滚筒， 但由于我们选用的是包胶滚筒，根据电动滚筒功率选 用修正原则：“筒体包胶的电动滚筒，电机功率应提高 一档”[1] ，初选电动滚筒功率37kW，带速2m/s，再根 据其它计算确定筒径630mm。 1.3.2短暂过载能力校核 根据混凝土搅拌站的周期性工作特点，斜皮带机 起动频繁，有时还带载起动，因此应对所选用的电动滚 筒进行短暂过载能力校核， 其中：M：负载转矩，N.m； Fp ：电动滚筒圆周牵引力，N； P 51.7 0 60 f ■图2 功率曲线 建设机械技术与管理 产品·技术 Product & Technology 本文以山东鸿达建工集团有限公司自主研制的48m 的5节臂架泵车为例，摘取其主要参数供读者参考。 主要技术性能参数见表1。 1 . 2泵车各大系统模块设计与选型 1.2.1底盘系统模块设计与选型： 目前国内生产企业多选用VOLVO、五十铃、奔驰 等进口底盘，其价格高，供货周期长；山东鸿达建工集 团自主设计研制的长臂架48m泵车采用国产豪泺底盘， 整机经过国家建筑城建机械质量监督检验中心的各项 指标的严格测定，全部符合设计要求及混凝土泵车国 家标准，价廉物美。 底盘选型：37m泵车我们曾选用过国产底盘，经过 用户近一年的使用及我们的跟踪调查情况表明，该底 混凝土臂架泵车是一种先进的混凝土输送设备， 以其快速高效灵活方便等显著的特点，近年来已被广 泛用于工业设施、民用建筑、国防工程等混凝土浇注工 作。我国从上世纪80年代初期开始引进混凝土臂架泵 车制造技术，至今已有20多年，时间不算短，但目前 大部分企业仍处于组装、仿制阶段，只有少数几家大的 专业企业已经具备自主设计能力和制造能力。比如说 三一重工、中联重科、鸿达集团、徐工集团、湖北建机 等。2004年我国混凝土臂架泵车年产销量已达到1200 台左右。 1总体设计 1.1技术参数 48m混凝土臂架泵车总体设计 Overall Designing for Truck-mounted Concrete Pump with 48m Boom Bracket ■山东鸿达建工集团有限公司 尹人奇/YIN Renqi D：电动滚筒直径，D=0.63m； 又： 其中： Mn：电动滚筒额定转矩，N.m； P：电动滚筒选定功率，P=37 kW； 查Y系列37 kW电机转矩过载倍数，λT=2.3[3]。 而λ=M/Mn=7245/5827.5=1.24

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