皮带输送机输送带安全系数的探讨

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      输送带是皮带输送机重要的部件，价格比较昂贵，约占整个输送机投资的30%～50%。如何降低投资，合理的选择经济、可靠的输送带，是国内外输送机设计、制造企业所研究的问题，其中一个很重要的途径就是降低输送带安全系数。
      1、输送带安全系数的现状及存在的问题
      在皮带输送机设计的基本准则下，许多国家和大公司都制定了皮带输送机的设计标准，德国工业标准DIN22101-1982是在2002年之前国际上公认比较完整合理的设计标准。按照这一标准，钢丝绳芯输送带的动态安全系数为4.8～6.0，静态安全系数为6.7～9.5。在我国一些设计手册和参考资料上给出了7～9，运行条件好，倾角小，强度低时可以适当的降低安全系数，反之应取较大值。
      按照德国DIN22101-1982标准，输送带安全系数定义为钢丝绳芯输送带的抗拉断强度与输送机稳定时输送带张力的比值，最小为6.7。根据文献资料对于该标准的解释，最小安全系数6.7的计算组成为：
      (1)设定稳定运行时输送带张力为1.0；
      (2)设定起动时输送带的张力为稳定运行时张力的1.4倍；
      (3)设定输送带的变形、伸长、老化、磨损等总计为1.0+1.4=2.4倍；
      (4)实验表明，输送带接头在脉动循环10000之后，其疲劳强度为额定强度的36%。
      在此基础上给出了输送带最小安全系数为：2.4/0.36=6.7。
      近年来，钢丝绳芯输送带接头技术的提高和可控软起动、软制动技术的大量应用，经研究、测试和实践证实输送带最低安全系数取6.7不够合理，存在着许多偏差：
      (1)输送带许应的瞬态峰值载荷和静载荷不是取决于输送带本身的强度，而应取决于输送带最为薄弱的环节，即接头的强度。随着输送带硫化技术的不断提高，传统36%有着很大的限制，目前的硫化技术使输送带接头的强度大大提高，一般可使输送带接头达到75%以上的强度保持率，按保守的数据可取50%。
      (2)目前大型皮带输送机广泛使用软起动、软制动装置，这使得输送机起动、制动的加速度缓慢而稳定，起动时间的周期大大加长。如美国道奇(Dodge)公司的CST起动时的加速度最低可达0～0.05m/s，起动时间为15～600s且都可调，可以慢速空载运行，起动的动张力大大减小。在现行的条件下，动张力为稳定运行时张力的1.4倍太高，可以降低为1.1～1.3，可取1.25。
      由此可以得出输送带最低静态安全系数可为：(1.0+1.25)/0.50=4.5，比原6.7的规定大大降低。
      2、降低输送带安全系数的意义
      近年对皮带输送机相关理论的研究取得了进展，其主要部件的技术性能也明显提高。如果仍采用传统的静态设计方法和选取较大的输送带安全系数(一般为10左右)，不仅使输送带自身的质量庞大，增加了输送机沿线的阻力，驱动、制动装置、拉紧装置的功率机架的强度和重量等也必须相应的提高。而为了满足输送带使用条件滚筒的直径要增大，滚筒直径的增加会使自身的重量和减速机的传动比加大。这不仅会加大输送机的初期投资，而且很可能将引发起动、制动过程中较大的输送带动应力以及运行过程的不稳定，从而很容易使输送带接头失效以及滚筒、托辊轴承等部件的损坏。因此输送带安全系数是输送机设计时应考虑的一项重要因素。
      3、输送带安全系数的修订
      基于对皮带输送机经济性、效益性设计的迫切要求，德国在2002年制订了新标准DIN22101-2002，该标准建议钢丝绳芯输送带静态安全系数减小到5.4～7.6，动态安全系数减小到3.8～4.8。在输送带安全系数选取时，输送带接头数量越少，长度越大，则相应的安全系数可取的越小。根据美国CDI公司等国外机构的科研成果和一些国家的使用经验，认为钢丝绳芯输送带的静态安全系数可以降低到5.5以下，最低可为4.5～5.0。在条件较好时，输送带安全系数可取4.5～6.0，比原规定大大降低。
      目前我国在选取钢丝绳芯输送带安全系数时一般取7～9，与国外最新标准有较大的差距。随着我国皮带输送机设计制造水平的不断提高，特别是美国道奇(Dodge)公司的CST、CSB、国产的液体粘性软起动装置、变频技术等软起动、软制动装置在大型输送机上的广泛应用，减轻了输送带的动张力。钢丝绳芯输送带接头硫化技术的日趋成熟，满足了输送带对接头强度的要求。根据现行的条件和国内外一些输送带安全系数的使用经验，在我国适当的降低输送带安全系数是可行的。选取安全系数时，应根据输送机的不同特征和结构，选取合理的输送带安全系数。在采用可靠的可控起动、制动装置和动态设计时，可将输送带的安全系数适当降低，执行德国的新标准DIN22101-2002。