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浅谈皮带输送机的速度适应控制问题

    当前,一种观点是当皮带输送机采用带速可调状态下运行时有利的。本文将引述公认的研究成果皮带输送机速度调节中存在的问题,分别从速度控制对皮带输送机的各个部件寿命的影响,保持物料充填率是否具有节能效果,输送机运行速度与阻力系数的关系、驱动装置振动等方面说明调速是不利的。

1、皮带输送机调速控制的一般观点

通常,皮带输送机的调速控制主要是针对输送机的启动过程,其目的在于降低皮带输送机系统的动载荷,而皮带输送机启动完成后按恒定速度运行。而在皮带输送机正常运行中控制带速的目的在于确保平均物料充填率始终保持在最大。若输送机速度恒定,当需要输送的物料量减少时,物料的截面积减小,而采用调速方式时,当需要输送的物料量减少时,通过降低带速达到保持物料的充填率。过去曾误认为这一措施可以延长输送带接头的使用寿命,进而延长整个输送带的使用寿命。下面将引用公认的研究成果证明这一观点是有误的。

1、皮带输送机输送带速度控制对驱动系统的影响

首先分析皮带输送机的各个部件与输送带速度之间的关系。图1为皮带输送机主要部件示意图。皮带输送机主要包括两个滚筒(头部滚筒和尾部滚筒);当然,长距离皮带输送机需配备更多的滚筒。由于空间原因,并不把驱动装置安装在输送机的前端,而是将其安装在增面滚筒靠后的位置。

(1)皮带输送机给料/卸料

卸料系统的设计需要考虑多个因素。首先是物料的流动特性。根据流动特性,卸料器通常设计成一个溜槽或一个料箱,以防止物料附着在表面或堆积在一起。同时,卸料方向需与输送带运行方向一致(理想状态是以相同的速度运行),以防止物料在输送带上滑动而产生磨损。对于一些特殊因素,应当根据实际情况来考虑,如物料湿度,以确保顺利卸料。其他需要考虑的因素包括:物料比重,物料颗粒尺寸以及颗粒的重心分布。这些参数决定了卸料时的物料轨迹(抛物线):当物料从滚筒卸出后,颗粒轻且细的物料比颗粒重且粗的物料堆放得紧凑。对于给料装置,必须有针对性地设计。

显然,上面提到的那些因素对于卸料点的设计影响非常大。如果皮带输送机的速度是变化的,则卸料点必须根据变化的物料轨迹(抛物线)进行调节,以防止物料附着或堆积(这对设计工程师而言是一项挑战)。

(2)皮带输送机托辊/滚筒

对于同一皮带输送机系统,只要将系统对中调整,承载托辊面和滚筒就很少会磨损。因此,实际上真正限制承载托辊使用寿命的因素是轴承。

轴承的使用寿命很大程度上取决于载荷(成反比),而非速度。因此,如果由于对速度进行控制而使输送带上的平均充填率一直比较高,轴承的使用寿命就会降低。

(3)皮带输送机物料

修订后的德国标准DIN22101将输送带接头的抗疲劳强度也纳入考虑范围。抗疲劳强度表示输送带接头的使用寿命(依赖与输送带张力和载荷的变化周期)。载荷周期是指输送带载荷从高张力到高张力的循环变化周期。例如输送带围绕滚筒旋转时,输送带承受着滚筒直接的挤压和外径方向的拉伸的瞬间就是输送带处于高张力状态。载荷变化计入了卸料前后输送带拉伸长度(即输送带拉直和下垂状态下的长度差)的影响。

输送带压陷阻力主要取决于输送带张紧力和输送带上的物料载荷。张紧力越大,输送带压陷阻力就越小;物料载荷越大,输送带压陷阻力就越大。

但是,输送带张紧力仅在一定程度上受到影响。一方面,输送带过渡下垂是设计规范不允许的,另一方面,牵引力也必须尽量小。所以,唯一可调的是物料载荷。在输送带速度不变的情况下,托辊弯曲阻力将随着载荷减轻可下降。

(4)皮带输送机传动

传动装置的轴承和轴分别具有不同的固有频率,短时间运行(即在传统的起动过程中)不会带来危害,但是若长时间运行(当它们达到临界弯曲频率时)则会对传动装置造成极大危害并导致设备损坏。此项研究是以频率分析作为理论依据的。研究还发现:为避免对传动装置造成损害,不能再特定速度范围内运行皮带输送机。通过对一个1000kW级传动装置的频率分析可以得出,在400r/min和500r/min之间有一个狭小的速度窗,在650r/min和900r/min以及1200r/min的额定速度之间也有一个速度窗。若输送机长时间在这些转速区间运行,将有可能出现共振事故。

还需要指出的是:受影响的速度范围肯定会受到不同比例、不同物料以及不同物料强度的影响。

(5)皮带输送机控制

可以看到,在带载和空载大幅变动的情况下,在一定程度上降低输送带速度,可能会导致卸料点上的物料溢出。另外,还需注意,通过对装载量进行相应监控以实现速度控制会耗费大量劳动力。输送带速度不会立即增加或下降,需要经过一段时间才会增加或下降。考虑到之前概述中提到的卸料点上出现的情况,控制系统必须能够在此时间段内适应转载。

对皮带输送机进行速度控制可以节能这一说法已被证明是错误的,恒定的输送带速度和变化的装载量的优点已得到验证,控制速度可防止输送带磨损的观点也已被否定。总之,输送带控制措施所引出的问题已得到证明。

因此,应当尝试突破皮带输送机的瓶颈,始终以满载物料运行以实现效益最大化,而不必寻找需要降低输送带速度的解决方案。

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