关于皮带减负的一些思考

-.z关于皮带“减负〞的一些思考时间：2010-10-2216:38:18

来源：首钢矿业公司机动处

机动处

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皮带机是一种物料运输设备，在皮带运动过程中，将物料运送到指定地点。皮带机的动力源是电动机，目前主要采用交流异步电动机，当电动机功率在200kW以下时，一般采用380V低压交流异步电动机，当电动机功率在200kW以上时，采用高压异步电动机。在皮带机运行过程中，除了运输物料需要的有效能量外，还需要抑制其他附加的无效能量，如各部摩擦力、噪声、发热等等，皮带“减负〞就是在保证有效能量的前提下，最大限度的减小无效能量，以便降低运行费用，降低运行本钱。下面通过皮带机的设计过程来对“减负〞途径进展探讨：皮带机所需功率P=P0/〔η1η2η3〕，其中：P0：皮带机主传动滚筒的轴功率η1：联轴器传动机械效率η2：电动机机械效率η3：减速机传动机械效率对于皮带机而言，降低皮带机主传动滚筒的轴功率P0，可以使功率P下降；提高电动机、联轴器、减速机的效率，则总效率上升，功率P下降。一、降低皮带机主传动滚筒的轴功率P0皮带机主传动滚筒的轴功率P0=FuV/1000，其中：Fu：总圆周驱动力V：皮带机速度而总圆周驱动力Fu=FH+FN+FS1+FS2+FST，其中FH：主要阻力，是物料及皮带移动和上下层托辊旋转所产生的阻力总和。FN：附加阻力，包括下料点物料加速时的惯性阻力和摩擦阻力Fba、下料点物料和拦板间的摩擦阻力Ft、皮带绕过滚筒的弯曲阻力之和、除传动滚筒外的改向滚筒轴承阻力之和。FS1：主要特种阻力，主要包括托辊前倾的摩擦阻力、物料与倒料槽拦板间的摩擦阻力。FS2：附加特种阻力，包括皮带清扫器摩擦阻力、犁式卸料器摩擦阻力。FST：倾斜阻力。上述阻力的计算公式如下:FH=fLg[q1+q2+〔2q0+qG〕cosβ]f:皮带机模拟摩擦系数L:皮带机头尾滚筒中心距g：重力加速度q0：每米机长皮带质量q1：每米机长上托辊转动局部质量q2：每米机长下托辊转动局部质量qG：每米承载物料质量qG=Q/3.6V，其中：Q:皮带机小时输送能力FN一般采用等效公式，FN=FH〔L+L0〕/L，其中：L0：等效皮带长度，可查阅手册FS1=Fε+Fgl≈Fgl=〔μH2ρgl〕/(v2b2)μ：摩擦系数H：输送能力=Q/(3.6ρ)l：导料槽长度v：皮带速度b：导料槽栏板内宽FS2=∑Fr+Fα=A*P*U+B*k2∑Fr:清扫器阻力〔头部清扫器、空段清扫器〕A：一个清扫器和输送带接触面积P:清扫器和输送带间的压力U:清扫器个数Fα:犁式卸料器阻力=B*k2B:皮带宽度k2:刮板系数，一般取1500N/mFST=qGgHH:受料点与卸料点间的提升高差通过上述计算过程，对于现场提升高度、运输长度等已经固定的皮带，为了降低皮带的无效阻力，在“皮带减负〞中可以采取以下方法：1、

改进拦板形式，减小物料与拦板的摩擦阻力2、

缩短倒料槽的长度，减小物料与拦板的摩擦阻力3、

增加导料槽栏板内宽度，减小主要特种阻力FS14、

将槽型托辊改为平型托辊，减小主要阻力FH5、

减少清扫器的个数或阻力，减小附加特种阻力FS26、

减少犁式卸料器的个数，减小附加特种阻力FS27、

采用高性能托辊，降低摩擦系数8、

降低皮带的速度，减小主要特种阻力FS19、

降低皮带的质量，减小主要阻力FH10、

降低托辊的质量，减小主要阻力FH11、

减少皮带的改向次数，减小附加阻力FN上述方法中，第1-7项已经在现场进展了应用，其中第1项的“改进拦板形式，减小物料与拦板的摩擦阻力〞，在减负的同时，大大减小了拦板对皮带的磨损，延长了皮带使用寿命，效果非常明显，各厂都有应用。第8-11项暂时没有应用，下面以水厂铁矿*6皮带为例，利用皮带机计算公式，对皮带各部阻力变化情况进展计算：〔一〕、主要阻力 按照计算公式，影响皮带机主要阻力的参数是每米机长输送带质量、每米机长上、下托辊转动局部质量、每米承载物料质量三个方面：1、每米机长输送带质量通过对输送带质量变化对电机功率影响的计算，一是将线层减少后皮带质量变化，例如宽度为1.2米的EP皮带，线层数由8层EP200改为4层EP400，皮带强度、上下胶面厚度都没有改变，皮带质量减少5.66kg，得出的电机功率减少比例为1.5%。二是将钢丝皮带改为EP皮带，在保证皮带强度不变的前提下，皮带质量减少9.12kg，得出的电机功率减少比例为2%。对于上述两种方法，皮带质量的降低，主要是降低了各部运转部件的摩擦力，皮带本身重力对功耗影响不大〔对于平皮带，皮带重力不产生功耗；对于斜皮带，皮带上层与下层互相抵消，重力也不产生功耗〕。2、每米机长上下托辊转动局部质量1.2米皮带托辊可以选用托辊直径为108、133、159、托辊类型为槽形托辊、V形托辊、平形托辊，根据托辊参数表，选取不同的直径、类型时，托辊转动局部质量也不同，通过对前期皮带根底数据的分析来看，目前有局部1.2米宽的皮带托辊都选用了直径为133，类型为槽型托辊，分别对托辊直径、托辊类型的不同进展核算，直径133托辊与直径108托辊，电机功率相差1.3%，托辊类型为槽型与平形托辊，电机功率相差0.7%。3、每米承载物料质量影响每米承载物料质量的因素是皮带机速度，带速为2米与1.6米的电机功率相比，电机功率要高2.6%。〔二〕、附加阻力附加阻力的计算公式是主要阻力乘以固定系数，因此，附加阻力影响因素主要取决于主要阻力。〔三〕、主要特种阻力按照计算公式，影响皮带机主要特种阻力的参数是导料槽长度、导料槽栏板内宽两个方面：根据计算公式，1.2米皮带导料槽长度由4.5米减小为1.5米，导料槽栏板内宽由0.73米增加至0.85米后，电机功率下降1.1%。其中导料槽长度占绝大局部。〔四〕、附加特种阻力按照计算公式，影响皮带机附加特种阻力的因素是清扫器阻力、犁式卸料器阻力两个方面，影响清扫器阻力的参数是清扫器个数与接触面积，犁式卸料器阻力主要受皮带宽度的影响。1、清扫器阻力清扫器个数由两个减少为1个，面积相应减少，电机功率下降2.1%。2、犁式卸料器阻力1.2米皮带，犁式卸料器增加一个，电机功率增加1.2%。五、倾斜阻力倾斜阻力在皮带提升高度、输送量一定的前提下，主要影响因素是皮带速度，与主要阻力中提到的皮带速度对电机功率的影响一样。二、效率提升在皮带传动效率中，包含三种传动效率：电动机效率、联轴器效率、减速机的效率，其中联轴器效率和减速机的效率一旦选型确定后，其数值固定不变，与负载大小无关；而电动机的效率，随负载大小而变化，当电动机的固定损耗等于可变损耗时，电动机的运行效率最高，此时的输出功率Pzj与额定功率Pe之比βzj叫做电动机的最正确负载率。对于普通Y系列电动机而言，βzj的数值一般在0.7—1之间。电动机的效率与其负载率〔P/Pe〕的关系如以下图所示：从图上可以看出，轻负载时，效率很低，而当负载率增大到50%及以上时，效率变化根本不大。对于大马拉小车的电机，当负载率缺乏50%时，其浪费比较多，应该进展节能改造。对于大马拉小车的电机的改造，一种方法是对实际负荷情况进展测量，然后计算出最正确负荷率βzj，最后确定新电机的容量加以更换；另一种方法是对于接线组别为角接的电机，将其接线组别改为星接，这样，电动机的相电压降低1.732倍，此时电机的铁损降低3倍，由于电动机的转速根本不变，故机械损耗根本不变，而附加损耗与电流的平方成正比，改成星接后，由于定子电流较小，所以定子附加损耗变化不大或略有下降，电动机的功率因数得到提高，从而到达节电的目的。但由于负载转矩根本不变，改接后转子电流会增加1.732倍，所以转子铜损会增加3倍，转子的附加损耗会增加，电动机的转差率会增大3倍。总体上考虑，当实际负载率β＜βzj时，通过改接，可以到达节电的目的。此方法不改变任何设备，只是对电机接线盒内的接线方式进展改变，操作简单可行，一旦负荷发生变化，还可以将接线方式改回原状，保证正常运行。需要注意的是，不管是减小电动机容量还是改变接线方式，在改变以前，都要对皮带机的启动能力、驱动滚筒的防打滑能力等进展校验，防止引发设备故障。另外，采用高效电动机〔如JS系列改为Y系列〕、高效减速机〔如SEW减速机〕、高效联轴器〔如皮带传动改为对轮传动〕等，都能提高驱动单元的总体效率，也会起到节能降耗的目的。三、结论综上所述，对于皮带机本身的“减负〞，一是优化皮带机的设计，在设计过程中，考虑以上五个方面因素，在满足现场使用的前提下，尽量降低皮带机速度、减少清扫器个数、接触面积以及与皮带的压力，减少导料槽长度、增加导料槽宽度，托辊选用小托辊、平形托辊。二是现场皮带机的“减负〞，对现场逐条皮带校核，使用新型刮料器，提高刮料效果，减少刮料器的数量、接触面积；对导料槽进展改造，使用除尘布袋或改变构造，减少导料槽的长度、减小导料槽与皮带间的摩擦；在有条件的点位，将槽型托辊改为平形托辊；通过生产的合理组织，减少犁式卸料器的使用。除上述工程外，还可以在以下几方面进展研究：1、皮带机速度：对于料量比较低的皮带，通过降低电动机功率、增大减速机速比，实现节电；2、对皮带强度进展测算，特别是随着近几年皮带强度的提高，在满足带强要求的前提下，可以考虑将钢丝带更换成高强度EP带，实现节能降耗。3、采用高可靠性的托辊，降低摩擦阻力。4、对多驱动装置的皮带进展研究，降低驱动数量。此方法的节电原理为：所有设备的效率都小于1，减少驱动装置，也就提高了整体驱动装置的效率；减少驱动装置，可以减少改向滚筒的数量，也就降低了附加阻力FN，其综合节电效果较为明显〔大石河A1皮带虽然取消了1台电机、减速机，但改向滚筒并没有取消，在雨天为防止皮带打滑，还要将辅助电机用上；其节电的主要原因是原来的2台电机不同步，检测辅助电机的电流，下料以后的电流小于空载电流，说明重负荷情况下，主电机拖着辅助电机转动，因此造成电能浪费〕。5、对负荷率缺乏50%的电机进展节能改造：减小电动机容量或改变电动机接线方式。在皮带机本体减负的根底上，通过改变工艺，强化生产组织，减少生产过程中的循环输送量，将对节电工作产生很大效益〔如球团厂的返料系统〕总之，通过皮带“减负〞，可以降低设备的运行费用，降低生产本钱。作为一台设备，要使其发挥最大效益，应该按“单