论文部分内容阅读
[摘 要]在工业高度发展的今天，带式输送机在国民经济各部门的生产过程中扮演着越来越重要的角色，输送量越来越大，输送距离越来越长，输送速度越来越快。文章讨论了带式输送机的常规设计方法，并提出了优化设计的措施，通过动态分析，并与实际效果相结合，提出了较为科学的设计方案。
[关键词]带式输送机 参数优化 动态化研究
中图分类号：TD528.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0346-01
1 带式输送机概述
带式输送机是现代散装物重要的输送设备之一，被广泛的应用于各个领域的生产实践中。带式输送机的组成部分主要包括托辊、传送带、制动器、滚筒及驱动装置、张紧装置、清扫、卸载、装载装置等。带式输送机多种多样，常见的有爬坡皮带机、伸缩皮带机、钢带输送、直行皮带机和装卸皮带机等。
随着应用的深入，带式输送机的发展呈现出运量大、速度快、距离长的趋势，本世纪初，带式输送机的单机运量就已经达到每小时37500吨，最大输送速度达到每秒9米，最大运距达到30.4千米。传统的带式输送机设计越来越不能满足现代人的需求，在设计上进行现代的改变势在必行。
2 带式输送机的常规设计方法
带式输送机的常规设计方法通常是以标准手册和设计手册为基础得出的。我们应该知道，只有建立在全面依据基础上的设计工作才能够顺利进行，不然，再先进的设计方案，也很难从根本上改善带式输送机的运行状态、提高其工作效率。此外，设计者在设计带式输送机的过程中，必须充分考虑其整体性，应当着眼于整个系统和所有设备的正常运行，而不仅仅考虑单机的运行。只有符合运行要求的系统设计，才能确保设备性能的充分发挥。
2.1 常规设计的主要依据
采用带式输送机输送散料，必须综合考虑输送设计的经济性和合理性。设计输送系统时，必须和实际情况紧密结合起来，并注意一下几点：
（1）散料的运量
在均匀给出的情况下，散料的运量是可以直接获取的，而当散料不均匀给出的情况下，是很难获得准确的运量的。所以一定要以经济原理为依据进行周密分析是否需要增设料仓，而不是采用加大输送量的方式来调整。
（2）输送机的大小
輸送机不仅在倾角、长度以及高度上的大小都有严格的限制，在曲线段、直线段以及连接的大小方面都有较为详尽的要求，必须按照要求进行设计。
（3）运输料特性
不同的物料其形式迥异，在设计带式输送机时，必须对其运输物料的各方面特性进行充分考量，如物料的粘度、密度、安息角以及湿度、磨损摩擦度以及最大粒径等。
（4）输送机的工作环境
采用带式输送机运输散料时，一定要对输送环境进行考虑，比如室内外的湿度、温度以及固定和伸缩等。
在设计带式输送机时，除了对上述四个方面的因素进行考虑外，还必须充分考虑到输送设备的给料和卸料方式以及输送机的工作时间要求（包括每年工作时间和每天工作时间）。
2.2 带式输送机系统的设计方法
带式输送机的设计，除了根据生产工艺的要求布置输送带外，还必须把以下几个方面的问题结合起来：
（1）合理设计设备的卸料装料方式，确保运载合理。
（2）充分考虑线路过程中和输送机之间的相互关系。受料时，率先驱动受料输送机，而给料部分在停车时先停止。因为受料输送机率先驱动的启动顺序和给料输送机先停止的停车顺序，所以需要调整启动时间和停止时间。
（3）当上述启动顺序和停止顺序无法满足要求时，可以通过将缓冲仓添加在设备系统中的方式加以调整，以确保系统的运转效率和适应能力。
（4）由于环境中的粉尘有相应的要求，所以在设计时要设计好除尘和密封系统。
（5）应当优先考虑运距长、运量大的带式输送机，而对于多输送带的输送机要慎重考虑，因为它不仅所占空间大而且不够经济。在大型运输方式中，并行的方式几乎都是把几条输送机串联起来进行传输，其中任何一条出现故障，整条运输线都会瘫痪，直接影响到系统的运输效率。从这个意义上说，长距离传输机具有较大的优势。
此外在系统设计过程中，还必须做到：对系统进行监视，设备要有一定的可移植性，零件必须符合标准、具有一定的通用性等。
3 带式输送机的动态化研究
3.1 对带式输送机结构参数进行优化的方法
尽管各种工况在一定程度上限制着带式输送机的结构，但是我们的设计必须保证它正常运行，这就要求在完成传统的常规计算方法后，采用离散变量优化的网络法，优化设计带式输送机的参数（年总运营费用是优化的目标函数）。
一般说来，机械设备的结构参数优化就是离散变量函数的优化问题。由于离散变量优化的方法还处于探索阶段，且受到较多约束，还很不成熟，所以采用网格法进行优化更加合理。可靠是计算机网格法的突出优点，但如果每个离散变量对应的离散值过多，则会消耗过多的机时。
对带式输送机结构参数进行优化的主要目的是使得运营单位物料的费用最小化。在带速、运料和驱动滚筒围包角一定的情况下，输送带的带宽和强度正相关关系，也就是所带宽越小强度越低，这有利于运营成本的降低。
实际上，离散变量网格法作为一种选型的设计方法，其结果还需要进一步进行分析。
3.2 带式输送机的计算程序设计
输送机程序的设计是循环的，现简述如下：
（1）根据实际运送的物料和物料的特性来决定输送机运行的速度。因为带速与带宽成负相关关系，也就是说带速越大则所需带宽越小，这不仅降低了运行阻力，还降低了运营成本，所以保证带速具有十分重要的意义，这是计算机程序设计的重点之一。
（2）初步确定输送带、托辊及中间架子的结构和参数。
（3）应按照设备在实际使用中的重要程度来选择功率计算的最佳方式。目前，DIN22101较为常用的功率计算方式。
（4）对驱动装置及设备功率设备进行确定。
（5）对输送设备的条带张力进行初步计算。
（6）对曲线段和过度段进行合理设计，初步确定过度段设计、曲线设计和张力计算。
（7）对拉紧装置进行初步设计，依据驱动装置的位置确定拉紧装置的位置，同时确定行程和拉紧力的大小。
（8）初步设计制动器，对制动器位置、制动力分配制动力大小和相应的拉紧力进行确定。
此外，带式输送机的计算机程序设计还包括动态分析带式输送机、充分考量避免共振的设计和零部件以及设计系数控制和供电系统等。
4 结束语
当前，我国多所科研结构都在研究带式输送机，探索出带式输送机动态设计的方法，并把这种设计方法和计算机技术结合起来，开发出一系列设计决策支持系统。随着不断深入的研究，已经形成一种共识：在设计带式输送机时，仅考虑静态特性是远远不够的，多数情况下，还必须对其动态特性进行分析，这样才能确保设计出来的带式输送机安全可靠。
参考文献：
[1] 程良燕.带式输送机动态特性分析及软启动策略研究[J].合肥工业大学，2010（04）.
[2]肖占方.基于AMESim的带式输送机动态特性研究与分析 [J].太原科技大学，2013（05）.
[3] 孙文涛； 周广林 .带式输送机动态分析方法综述[J].煤炭技术， 2012（11）.
[关键词]带式输送机 参数优化 动态化研究
中图分类号：TD528.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0346-01
1 带式输送机概述
带式输送机是现代散装物重要的输送设备之一，被广泛的应用于各个领域的生产实践中。带式输送机的组成部分主要包括托辊、传送带、制动器、滚筒及驱动装置、张紧装置、清扫、卸载、装载装置等。带式输送机多种多样，常见的有爬坡皮带机、伸缩皮带机、钢带输送、直行皮带机和装卸皮带机等。
随着应用的深入，带式输送机的发展呈现出运量大、速度快、距离长的趋势，本世纪初，带式输送机的单机运量就已经达到每小时37500吨，最大输送速度达到每秒9米，最大运距达到30.4千米。传统的带式输送机设计越来越不能满足现代人的需求，在设计上进行现代的改变势在必行。
2 带式输送机的常规设计方法
带式输送机的常规设计方法通常是以标准手册和设计手册为基础得出的。我们应该知道，只有建立在全面依据基础上的设计工作才能够顺利进行，不然，再先进的设计方案，也很难从根本上改善带式输送机的运行状态、提高其工作效率。此外，设计者在设计带式输送机的过程中，必须充分考虑其整体性，应当着眼于整个系统和所有设备的正常运行，而不仅仅考虑单机的运行。只有符合运行要求的系统设计，才能确保设备性能的充分发挥。
2.1 常规设计的主要依据
采用带式输送机输送散料，必须综合考虑输送设计的经济性和合理性。设计输送系统时，必须和实际情况紧密结合起来，并注意一下几点：
（1）散料的运量
在均匀给出的情况下，散料的运量是可以直接获取的，而当散料不均匀给出的情况下，是很难获得准确的运量的。所以一定要以经济原理为依据进行周密分析是否需要增设料仓，而不是采用加大输送量的方式来调整。
（2）输送机的大小
輸送机不仅在倾角、长度以及高度上的大小都有严格的限制，在曲线段、直线段以及连接的大小方面都有较为详尽的要求，必须按照要求进行设计。
（3）运输料特性
不同的物料其形式迥异，在设计带式输送机时，必须对其运输物料的各方面特性进行充分考量，如物料的粘度、密度、安息角以及湿度、磨损摩擦度以及最大粒径等。
（4）输送机的工作环境
采用带式输送机运输散料时，一定要对输送环境进行考虑，比如室内外的湿度、温度以及固定和伸缩等。
在设计带式输送机时，除了对上述四个方面的因素进行考虑外，还必须充分考虑到输送设备的给料和卸料方式以及输送机的工作时间要求（包括每年工作时间和每天工作时间）。
2.2 带式输送机系统的设计方法
带式输送机的设计，除了根据生产工艺的要求布置输送带外，还必须把以下几个方面的问题结合起来：
（1）合理设计设备的卸料装料方式，确保运载合理。
（2）充分考虑线路过程中和输送机之间的相互关系。受料时，率先驱动受料输送机，而给料部分在停车时先停止。因为受料输送机率先驱动的启动顺序和给料输送机先停止的停车顺序，所以需要调整启动时间和停止时间。
（3）当上述启动顺序和停止顺序无法满足要求时，可以通过将缓冲仓添加在设备系统中的方式加以调整，以确保系统的运转效率和适应能力。
（4）由于环境中的粉尘有相应的要求，所以在设计时要设计好除尘和密封系统。
（5）应当优先考虑运距长、运量大的带式输送机，而对于多输送带的输送机要慎重考虑，因为它不仅所占空间大而且不够经济。在大型运输方式中，并行的方式几乎都是把几条输送机串联起来进行传输，其中任何一条出现故障，整条运输线都会瘫痪，直接影响到系统的运输效率。从这个意义上说，长距离传输机具有较大的优势。
此外在系统设计过程中，还必须做到：对系统进行监视，设备要有一定的可移植性，零件必须符合标准、具有一定的通用性等。
3 带式输送机的动态化研究
3.1 对带式输送机结构参数进行优化的方法
尽管各种工况在一定程度上限制着带式输送机的结构，但是我们的设计必须保证它正常运行，这就要求在完成传统的常规计算方法后，采用离散变量优化的网络法，优化设计带式输送机的参数（年总运营费用是优化的目标函数）。
一般说来，机械设备的结构参数优化就是离散变量函数的优化问题。由于离散变量优化的方法还处于探索阶段，且受到较多约束，还很不成熟，所以采用网格法进行优化更加合理。可靠是计算机网格法的突出优点，但如果每个离散变量对应的离散值过多，则会消耗过多的机时。
对带式输送机结构参数进行优化的主要目的是使得运营单位物料的费用最小化。在带速、运料和驱动滚筒围包角一定的情况下，输送带的带宽和强度正相关关系，也就是所带宽越小强度越低，这有利于运营成本的降低。
实际上，离散变量网格法作为一种选型的设计方法，其结果还需要进一步进行分析。
3.2 带式输送机的计算程序设计
输送机程序的设计是循环的，现简述如下：
（1）根据实际运送的物料和物料的特性来决定输送机运行的速度。因为带速与带宽成负相关关系，也就是说带速越大则所需带宽越小，这不仅降低了运行阻力，还降低了运营成本，所以保证带速具有十分重要的意义，这是计算机程序设计的重点之一。
（2）初步确定输送带、托辊及中间架子的结构和参数。
（3）应按照设备在实际使用中的重要程度来选择功率计算的最佳方式。目前，DIN22101较为常用的功率计算方式。
（4）对驱动装置及设备功率设备进行确定。
（5）对输送设备的条带张力进行初步计算。
（6）对曲线段和过度段进行合理设计，初步确定过度段设计、曲线设计和张力计算。
（7）对拉紧装置进行初步设计，依据驱动装置的位置确定拉紧装置的位置，同时确定行程和拉紧力的大小。
（8）初步设计制动器，对制动器位置、制动力分配制动力大小和相应的拉紧力进行确定。
此外，带式输送机的计算机程序设计还包括动态分析带式输送机、充分考量避免共振的设计和零部件以及设计系数控制和供电系统等。
4 结束语
当前，我国多所科研结构都在研究带式输送机，探索出带式输送机动态设计的方法，并把这种设计方法和计算机技术结合起来，开发出一系列设计决策支持系统。随着不断深入的研究，已经形成一种共识：在设计带式输送机时，仅考虑静态特性是远远不够的，多数情况下，还必须对其动态特性进行分析，这样才能确保设计出来的带式输送机安全可靠。
参考文献：
[1] 程良燕.带式输送机动态特性分析及软启动策略研究[J].合肥工业大学，2010（04）.
[2]肖占方.基于AMESim的带式输送机动态特性研究与分析 [J].太原科技大学，2013（05）.
[3] 孙文涛； 周广林 .带式输送机动态分析方法综述[J].煤炭技术， 2012（11）.