贾清华; 陈宏奎
【期刊名称】《《煤矿机电》》
【年(卷),期】2019(040)005
【总页数】4页(P63-66)
【关键词】带式输送机; 深槽; 散体力学; 截面积
【作 者】贾清华; 陈宏奎
【作者单位】同煤集团有限公司同大科技研究院 山西大同037003; 中国煤炭科工集团上海有限公司 上海200030
【正文语种】中 文
【中图分类】TD528+.1
0 引言
近年来，随着煤炭企业对带式输送机的提升高度及倾斜角度要求的提高，由常规的三辊子槽型托辊组支撑的输送带已满足不了输送倾角超过16°的物料稳定输送要求。为了满足物料能够在倾角超过16°的带式输送机上稳定运行且不会发生落料和滑料现象，就得采用大倾角带式输送机。目前，大倾角带式输送机主要有：深槽型带式输送机、花纹带高倾角带式输送机、压带式带式输送机、管状带式输送机及波纹挡边带式输送机[1]。由于深槽型带式输送机与其他大倾角带式输送机相比具有结构简单、维护方便、运量大、造价低等优点，故国内通常采用深槽型带式输送机输送大倾角的物料。 深槽型带式输送机由四托辊或五托辊组成的深槽型托辊组支撑输送带[2]。深槽型带式输送机通过增大物料对输送带的挤压应力来增大物料与输送带间的摩擦力以及物料间的内摩擦力。目前深槽型带式输送机已广泛用于煤矿主斜井及倾斜的巷道中，对提高煤炭产量，降低生产成本具有显著效果[3]。
由四托辊组成的双排V型深槽型托辊组与五托辊组成的深槽型托辊组相比，互换性更高，许用倾角更大，可避免输送带被托辊端部刮伤等优点，目前国内的大倾角带式输送机主要采
用由四托辊组成的双排V型深槽型托辊组[4]。但在现有的与带式输送机设计相关的资料中，尚无深槽型带式输送机最大物料横截面积的计算方法，通常通过参考普通槽型托辊组的计算公式来计算最大物料横截面积，这种计算方法容易造成较大的误差。本文以四托辊组成的双排V型深槽型托辊组为例，推导出摩擦系数与槽角的关系及最大物料横截面积的计算公式。
1 双排V型深槽型托辊组设计理论
为防止物料随带式输送机输送倾角的增大而导致物料稳定性变差,引起滑料和滚料危险，通常采取适当措施增大物料与输送带之间的摩擦力，即只有当物料在倾斜面的下滑力小于导来摩擦力时，物料才不会下滑。当采用双排V型托辊组支撑输送带时，输送带的底部会被弯曲成圆弧形，如图1(a)所示。图中r为输送带底部的圆弧半径，m；h为物料的装载高度，m；a为圆心到物料表面间的距离，m。物料在理想状态时，根据散体力学可知[5]：
σx=nγ(y-a)
(1)
σy=γ(y-a)
(2)
式中:σx为散料作用在x方向的压应力，N/m2；σy为散料作用在y方向的压应力，N/m2；γ等效物料比重，N/m3；n为主动侧压力系数，n=tan2(π/4+φ/2)，其中φ为物料的内摩擦角。
(a)
(b)图1 单元应力
由图1(b)的莫尔应力圆图可得：
(3)
式中:σn为侧边输送带对物体的正应力，N/m2；其中，0≤α≤β，β=arccos(a/r)。
由式(1)，(2)，(3)得到正应力为：
σn=γ(y-a)(nsin2α+cos2α)
(4)
单位长度输送带与物料间的总压力N：
(5)
令y=rcos α，dl=rdα。由式(4)、式(5)可得:
N=
(6)
单位长度物料的质量：
(7)
物料与输送带之间的导来摩擦因数f1可表示为：
(8)
式中:f为煤与输送带的摩擦因数。
当煤的粒度为5～50 mm时，原煤的内摩擦角为39.5°，则n的取值为4.5。煤与输送带的摩擦因数 f取0.5。联立式(6)、式(7)、式(8)，可得导来摩擦因数 f1与β角的关系，如图2所示。由图2可知，导来摩擦因数随β角的增大而增大，而β角可表示为双排V型托辊组中上V型托辊的槽角，可见上V型托辊的槽角的增大会使导来摩擦因数增大，从而增加了带式输送机的输送倾角。中煤科工集团上海有限公司研制的深槽型大倾角带式输送机，其核心部件就是以双排V型深槽托辊组作为承载段，该机型最大上运角度可达28°，下运角度达-25°。
图2 导来摩擦因数随β的变化曲线
2 最大的物料横截面积的计算
双排V型深槽型托辊组的最大物料横截面如图3所示。其最大物料横截面由3部分组成：上部分为弓形，面积为S1；中部为梯形，面积为S2；下部分也为弓形，面积为S3。输送带上最大的物料横截面积S为：
S=S1+S2+S3
(9)
图3 双排V型四托辊组深槽型截面
而S1，S2，S3的值可由下式确定：
(10)
l1=2Rsin δ2+2l2cos δ2
(11)
式中:R为输送带圆弧段半径，m；b为输送带可用宽度，m，由带宽B决定：B≤2 m时，b=0.9B-0.05 m；B≥2 m时，b=B-0.25 m；l1为梯形部分最大底边长度，m；l2为梯形部分的腰长，m；δ2为上V型托辊组槽角，(°)；θ为物料的运行堆积角，(°)。
这样，
(12)
S2=(2Rsin δ2+l2cos δ2)l2sin δ2
(13)
(14)v槽机
由图3看出，下V型托辊组的槽角δ1不影响物料的横截面积，起到支撑输送带的作用。在带式输送机许用的倾斜角度内，随带式输送机角度的增大，上部分的面积S1会逐渐减小，当带式输送机在理想状态下运行时，若被输送物料为经过筛分的中等粒度，则上部的截面S1的减小系数k1为[6]：
(15)
式中:η为输送机运行方向上的倾角，(°)。
由式(15)看出，当α=θ时，上部的面积S1将不存在，只有中部S2和下部S3起作用。故对大倾角带式输送机来说，上部分的面积S1很小或者等于0，由此可通过计算中部S2和下部S3的面积之和来确定最大的物料横截面积S。
当输送机的带宽B和上V型托辊组的槽角δ2一定时，最大的物料横截面积S与梯形部分的腰长l2的取值有关，由文献[7]可知，l2的取值范围为0.07B～0.2B[7]。根据上述条件，可通过MATLAB软件编程得到中部S2和下部S3的面积之和随腰长l2的取值的变化曲线。一般上V型托辊的槽角δ2取值为50°、60°、70°。当带宽为1.0 m时，(S2+S3)的变化情况如图4所示。随着l2取值的不同，(S2+S3)的值也不同，但在l2的范围内可取到一个最大值，当带宽一定时，为使带式输送机的输送量尽可能大，(S2+S3)的值应取最大值。
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