皮带机技术设计主要是通过理论上的分析计算，确定合理的运行参数，选出满足生产要求的输送机各个部件，或者对选定的部件参数进行验算，完成输送线路的宏观设计。设计计算一般采用概算法或逐点法进行计算，得到驱动滚筒轴功率、电动机功率和各特性点张力，为部件选型打下基础。
    在皮带机初步设计阶段，要计算出传动滚筒轴功率、电动机功率以及各特性点张力。通常采用概算法或逐点法计算上述数据，前者比较粗略，后者较精细。以某1米带宽固定带式输送机设计为例(布置图见下图)，其采用了头部传动、尾部改向、中部重锤拉紧的结构方式，设计时先后采用了两种算法，最后对最终结果进行比较，收到了较好的设计效果。
    概算法计算功率和各特性点张力
    在初步设计阶段，确定原始条件:原煤比重 γ、物料粒度X max、 输送量Q=600t/h、倾角β=16°，
    头部滚筒到尾部滚筒的水平中心距L_h=162.2m，
    垂直拉紧滚筒中心线距头部滚筒的水平距离L_h1=135.50m  
    托辊布置间距为：上托辊间距l₀=1.2m   下托辊间距l_0′=3.0m
    导料槽长度根据卸料情况布置长度L=12.0m 
    预选带速v=2.0m/s后，算出带宽B=1m。然后初选聚酯帆布带EP-200，6层，计算输送带单位长度的质量q₀=16.28 kg/m
    1.1.选择托辊
    根据运行条件及手册相关参数，先初选托辊型号，计算承载及回程托辊单位长度质量备用。
    承载托辊组转动部分单位长度的质量q_tz= 11.6 kg/m
    回程托辊组转动部分单位长度的质量q_tk= 3.7 kg/m
    承载、回程托辊组转动部分单位长度的质量q_t= 15.30 kg/m
    1.2.传动滚筒圆周力计算                                                                
    1.2.1.运输物料单位长度的质量：q=Q/（3.6×v）=83.33 kg/m
    1.2.2. 计算特种阻力: 
    特种阻力：F_s= F_τ+ F_gl+F_b=1463.2  N
    托辊前倾阻力F_τ、犁式卸料器的摩擦阻力F_b为零（均没有配置）
    受料区加速段外输送物料与导料槽侧板间的摩擦阻力：
    F_gl=μ₂×q²×g×ι_b/（10³×γ×b₀²）=1463.2 N         
    1.2.3.输送机的总圆周力：      
    首先，拟选运行阻力系数f=0.026    附加阻力系数C_N=1.54
    计算得物料的提升高度：H=46.51 m
    圆周力: F=C_N×f×L×g×[q_t+(2q₀+q)cosβ]+g×q×H+Fs=47746 N
    1.3.功率计算
    1.3.1. 驱动滚筒轴功率P=10^-3×F×v=95.5 kW
    1.3.2.电动机功率确定：     
    功率备用系数（通常取K_d=1.2～1.3）K_d=1.3
    驱动装置的传动功率（一般η=0.85～0.9） η=0.86
    电压降系数（通常ξ=0.90～0.95） ξ=  0.9
    多机功率不平衡系数（一般ξ_d=0.90～0.95），因为是单机驱动，取ξ_d=1
    电动机的总功率：N₁=K_d×P/（η×ξ×ξ_d）=160.4 kW
    选择电动机型号为YKK450-4，额定功率200 kW
    1.4.输送带张力计算：
    1.4.1.根据传动条件和垂度条件，计算最小张力S₁    
    拟选传动滚筒动载荷系数Ka=1.5、传动系数C=0.428，计算得出最小张力由传动条件确定，取S₁=C×Ka×F=30653 N
    采用垂直拉紧方式，计算回程分支主要阻力F_回=-6596 N，
    回程头部滚筒到垂直拉紧滚筒的各项阻力和F₆=-5407 N。
    1.4.2.各点张力计算              
    忽略皮带和滚筒间的摩擦阻力，在比较粗略的情况下计算各个特性点张力，如下：
    S₁=S₂=S₃=30653  N    S₄=S₅=S₆=S₇=S₈=S₉=S₁+F₆=25246 N
    S₁₂=S₁+F_回=S₁₀=S₁₁=24057 N   2.4.3 输送带最大张力           S_max=S₁₃=S₁+F=78399 N        

        
    逐点法计算功率和各特性点张力       
    2.1.计算有关数值           
    上托辊阻力系数W’=0.04 下托辊阻力系数W”=0.035
    上托辊单辊转动部分质量M’= 4.65kg  
    下托辊辊子转动部分质量M”=  11.01kg
    单位长度煤重q=Q/(3.6×V)=   83.33kg/m    
    单位长度皮带重  q₀=(6×1.58+5.1+1.7) ×B=   16.28kg/m (EP200型聚酯帆布带,6层,上胶厚4.5mm,下胶厚1.5mm)
    单位长度上托辊辊子转动部分质量  q’=3M’/l₀=  11.6kg/m  
    单位长度下托辊辊子转动部分质量  q”=M”/1_0′= 3.7kg/m
    2.2.各部阻力计算     
    弹簧清扫器阻力（头部）  W_弹=100×B= 100.0kg   
    物料加速阻力W_物加=q×V²/(2g)=17.0kg ，
    导料槽阻力  W_导=(1.6B²×γ+7) ×L=101.3kg                  
    空段清扫器阻力W_空=20×B=  20.0kg
    承载段部分阻力     
    W_上=(q+q₀+q’) ×L_h×w’+(q+q₀) ×L_h×tgβ=5347.3kg
    空载段(头部和垂直拉紧之间)部分阻力      
    W_下1=(q₀+q”) ×L_h1×w”-q₀×L_h1×tgβ=-537.9kg
    空载段(垂直拉紧和尾部之间)部分阻力      
    W_下2=(q₀+q”) ×(L_h-L_h1) ×w”-q₀×(L_h-L_h1)tgβ=-106.0kg    
    2.3.逐点法计算张力      
    滚筒参数选择：滚筒摩擦系数μ=0.35 围包角 α=193.62° 
    2.3.1.滚筒各处张力存在如下的函数关系：       
    S₁₃=e^μα×S₁           S₈=S₇                  
    S₂=S₁+2×W_弹          S₉=1.03×S₈
    S₃=1.02×S₂          S₁₀=S₉+W_下2+W_空
    S₄=S₃+W_下1+W_空      S₁₁=1.02×S₁₀ 
    S₅=1.03×S₄          S₁₁= S₁₂
    S₆=S₅                 S₁₃=1.04×S₁₂
    S₇=1.04×S₆          S_max=S₁₃+W_物加+W_导+W_上
    2.3.2.试算各特性点张力值如下:       
    S₁=2423kg         S₈= 2311kg
    S₂=2623kg         S₉= 2380kg
    S₃=2675kg         S₁₀= 2294kg
    S₄=2157kg         S₁₁= 2340kg
    S₅=2222kg         S₁₂= 2340kg
    S₆=2222kg         S₁₃=2434kg
    S₇=2311kg          S_max=7900 kg=77420 N
    经过上述张力初算，S₁₃= 2434kg，大于按照悬垂度核算的最小张力F_min =l₀×（q+q₀）×cosβ/(0.02×8)=718kg   ，满足最小承载力条件，则最大张力S_max=7900 kg。
    2.3.3.功率计算       
    功率备用系数K=1.3，总传动效率η=0.86
    传动轴功率N₀=(S_max-S₁) ×V/102=107.5kW
    电机传动功率N₂=K×N₀/η=162.5kW
    2.4.电机选型      
    选择电机:三相异步电动机,额定功率200kW       

    两种方法算出的电动机功率分别为N₁=160.5 kW，N₂=162.5kW，数值接近，故选择功率200 kW的电动机可行。
    根据各处张力值计算滚筒处的合力后选择滚筒，前者最大张力S_max1 =78399 N，后者S_max2 =7900 kg =77420N，两者差值为979N,数值接近。在第一种方法中，只是计算了关键特性点张力，因此之后部件选型应考虑可靠的余量；第二种方法逐项计算了各点张力，结果更为精细，可以为部件选型提供可靠的依据。
    皮带机设计也是一个经验积累的过程，应根据皮带长度、运输能力、宽度、带速等选择合适的计算方法，有时还可以用不同算法对同一设计项目进行验证，使得设计结果满足错综的现场环境要求。
 

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文章名称：《皮带输送机设计计算对比研究》

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