德国工业标准22101输送散状物料的带式输送机计算及设计基础Word文件下载.docx
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10.1一般规定
10.2输送带承拉构件的设计
10.3输送带覆盖层的设计
11滚筒最小直径
12槽形过渡段和垂直曲线半径的设计
12.1一般说明
12.2槽形过渡段最小长度的确定
12.2.1一般规定
12.2.2织物芯输送带
12.2.3钢丝绳芯输送带
12.3垂直过渡弧最小半径的确定
12.3.1一般规定
12.3.2凸过渡弧
12.3.3凹过渡弧
13输送带翻转的设计
附件A（信息）各章说明
附件B（信息）与国际标准相关的说明
参考文献
前言
本标准根据矿业标准委员会中“输送带”工作委员会的工作范围而制订。
附件A和B用于提供信息。
称谓附件既是提供资料。
本标准与之相关的国际标准化组织（ISO）颁布的标准：
ISO5048：
1989、ISO/DIS3780：
1996、ISO5293：
1981、ISO3684：
1990（见附件B）。
更改：
相对于DIN22101：
1982-02作如下方面更改：
a）运行阻力和功率消耗的计算处理
b）改变假设摩擦系数值的计算处理
c）引入输送带宽幅面上的张力分布计算
d）引入有限制考虑非稳定工况
e）设计输送带时安全系数的新测算
f）对标准内容进行全面加工处理
g）更新引用的标准
h）对标准进行编辑处理
以前颁布的标准：
DIN矿业2101第一部1933-07
DIN矿业2101第二部1933-07
DIN矿业2101第三部1933-07
DIN22101：
1942-02，1982-02
1适用范围
本标准适用于输送散状物料的带式输送机，并包括计算及设计基础。
它有可能视提出的输送任务来确定带式输送机的重要部件（如驱动装置、制动装置、拉紧装置）的基本特性并说明输送带设计的方法。
2相关标准
本标准包含了以标注年代和未标注年代的引证形式的其它版本的规定。
这些标准式的引证均在文中各个部分加以引用，并在后面列举版本。
对于标注年代的引证，如果此版本已作更改或加工处理，该版本后来更改或加工处理均属于本标准。
对于未标注年代的引证，只涉及所采用版本的最后版次（包括更改）。
DIN15207-1连续搬运设备——带式输送机托辊——散状物料的主要尺寸——托辊
DIN22102-1织物芯——散状物料带式输送机——尺寸、质量要求、标识
DIN22102-3织物芯——散状物料带式输送机——无缝输送带连接不可分输送带连接
DIN22107连续搬运设备——散状物料带式输送机托辊布置——主要尺寸
DIN22109-1煤矿用织物芯输送带——井下用单层芯PVG或PVC的输送带——尺寸——要求
DIN22109-2煤矿用织物芯输送带——井下用两层芯层橡胶或PVC的输送带——尺寸——要求
DIN22109-4煤矿用织物芯输送带——井上用两层芯橡橡胶输送带——尺寸——要求
DIN22110-3输送带连接检测方法——输送带连接点疲劳强度的确定（动力测试）
DIN22112-1井下煤矿用带式输送机——托辊——第一部分——尺寸
DIN22112-1井下煤矿用带式输送机——托辊——第二部分——要求
DIN22121煤矿用织物芯输送带——两层芯无缝接头输送带——尺寸，要求，标识
DIN22129-1井下煤矿用钢丝绳芯带式输送机——尺寸，要求
DIN22129-4井下煤矿用钢丝绳芯带式输送机——接头——尺寸，要求
DIN22131-1适合通用运输技术的钢丝绳芯带式输送机——接头——尺寸，要求
ISO3684：
1990-3输送机输送带——滚筒最小直径的确定
3概念
下述概念适合本标准的应用。
3.1带式输送机
本标准中带式输送机的含义，是利用循环运行的输送带，输送散状物料的连续输送机。
输送带的承拉构件由织物芯或钢丝绳芯组成，输送带的覆盖层由橡胶或塑料制造（例如按DIN22102-1，DIN22109-1，DIN22109-2，DIN22109-4，DIN22129-1和DIN22131-1），输送带的托辊（例如按DIN15207-1，DIN22112-1和DIN22112-2）支承并绕过滚筒，通过摩擦力驱动或制动（托辊的布置，例如按DIN22107）。
4公式的符号及单位
表1符号及单位
符号
意义
单位
A
装料断面的面积
m2
A1
装料断面中水平部分以上斜边部分的面积
m2（mm2）a）
A2
当β=0°
时的装料断面的面积（水平断面面积）
AGr
带式清扫器和输送带之间的有效接触面积
mm2
B
带宽
mm
C
综合附加阻力的系数
-
DTR
滚筒直径
ELGK
输送带全部承载芯层（带芯）的弹性模量
N/mm
Fa
加速/减速时的输送带张力
N
FAuf
一个加料段范围内输送载荷与输送带之间的惯性阻力和摩擦阻力
FE
压陷阻力
FGa
线路上设置物料转载点的阻力
FGb
输送带弯曲阻力
FGr
带式清扫器的摩擦阻力
FH
上、下分支主要阻力的总和
FN
附加阻力的总和
FR
托辊滚动阻力
FRst
前倾阻力
FS
特种阻力的总和
FSch
在加料段加速区域外输送物料与导料槽侧壁间的摩擦阻力
FSchb
一个加料段加速区域外输送物料与导料槽侧壁间的摩擦阻力
FSp
拉紧滚筒轴上的拉紧力
FSt
输送载荷的提升阻力的总和
FT
输送带局部拉力（分支力）
FTm
上、下分支的平均输送带张力
△FTm
平均输送带张力FTm与最小输送带张力FT,min之差
FTr
滚筒圆周驱动力的总和
FT1
传动滚筒最大输送带张力（分支力）
FT2
传动滚筒最小输送带张力（分支力）
FW
稳定工况下上、下分支运行阻力的总和（等于滚筒圆周驱动力的总和）
H
输送高度（上运时H>
0；
下运时H<
0）
m
Im
质量输送量
kg/s
Im,N
额定质量输送量
Iv
体积输送量
m3/s
Iv,N
额定体积输送量
L
滚筒中心距
PW
稳定工况下运行阻力所需的传动滚筒圆周上的总功率
kW
PM
驱动电动机总功率
PM,N
驱动电动机额定功率
Ra
垂直凹过渡弧半径
m（mm）a）
Re
垂直凸过渡弧半径
S0
考虑接头工艺条件下的输送带安全系数
S1
考虑到使用寿命值和使用荷载的输送带安全系数
a
加速度或减速度
m/s2
b
可利用的带宽
bs
支承在一个侧辊上的输送带部分的尺寸（仅在采用2辊和3辊成槽时）
bSch
导料槽的内宽
M
cR
将托辊质量转换到其圆周上的计算系数
cRank
（Rankine）兰金系数
cRst
计算倾斜阻力的系数
cSchb
综合考虑加料区段内输送物料和导料槽侧板间由于给定质量输送量的堵塞压力所引起的附加阻力的系数
cTr
确定最小滚筒直径的系数
cü
确定槽形过渡长度近似值的系数
dAb
清扫器材料厚度
dGk
承载的纵向拉力承载件的厚度（不含例如，上纬线或纬线）
e
自然对数的底（e=2.71828......）
eK
由输送带中性轴线到带边中心线（带芯中心）的高度
eM
由输送带中性轴线到带中心部的带芯中心的高度
f
假想摩擦系数
g
重力加速度（g=9.81m/s2）
h
局部截面的高度差
hrel
输送带最大垂度与托辊间距之比
hk,o
输送带边与槽形托辊组底平面的距离
hk,1
输送带边与滚筒表面平面的距离
hTr
槽形过渡段滚筒上平面与槽形托辊组槽底平面的距离
k
输送带张力与带宽之比
kK
带边张力与带宽之比
kM
输送带中心范围张力与带宽之比
kN
输送带额定拉断力与带宽之比
kt
输送带接头疲劳强度参考值
kt,rel
输送带接头疲劳强度相对参考值
△k
带边和带中心与带宽之比之间的差值
l
一个区段的长度
lb
加料区域内加速段长度
lk
槽形过渡区带边的长度
lM
三托辊布置时中间托辊壳体长度
lSch
导料槽侧板长度
△l
长度为l的局部区段中的输送带长度
lR
托辊间距
lü
槽形过渡段的长度
LÜ
;
c
钢丝绳芯输送带槽形过渡段的基准长度
lw
输送带翻转长度
∑m
直线运动质量以及非驱动或非制动的转换到其圆周上的旋转质量之和
kg
m'
G
输送带的区段载荷
kg/m
均布在输送长度上的输送载荷产生的区段载荷
l,,n
额定加载量产生的区段载荷
R
滚动托辊部分产生的区段载荷
n
一台输送机的局部区段数
pGr
带式清扫器与输送带之间的压力
N/mm2
pA
与传动滚筒相关的起动系数：
传动滚筒圆周力FTr,A,max和输送机设计确定的力FW,max的之比
pA,O
与驱动相关的起动系数：
输送机高速运转时产生有效驱动特性曲线的驱动扭距和电机扭距符合安装电机功率pM,inst之比
pB
与制动滚筒相关的制动系数：
制动滚筒圆周力FTr,B和设计输送机确定的力FW,max的之比
pB,O
与制动相关的制动系数：
产生有效制动特性曲线的制动扭距和电机扭距符合安装电机功率pM,inst之比
q
确定主要阻力的系数
sB
制动行程
sSp
拉紧滚筒行程
tB
制动时间
s
v
输送带速度
m/s
vo
输送载荷进入输送方向的速度
zL
输送带的带芯层数
zM
电动机的安装数量
zR
在一局部区段（上或下分支）托辊组的数量
zR,st
在一局部区段（上或下分支）可调倾斜托辊组的数量
α
滚筒的围包角
°
或弧度
β
计算部分断面积A1th用的等效堆积角
βdyn
被输送物料的实际动堆积角
δ
输送机的倾角（上运时δ>
0，下运时δ<
0）
ε
托辊倾斜角
△εK
凹过渡弧或凸过渡弧上输送带边的附加伸长度（正或负）
△εK-
很长的过渡段中间△εK的极限值
△εM
凹过渡弧或凸过渡弧上输送带中心的附加伸长度（正或负）
△εM-
很长的过渡段中间△εM的极限值
△ε-
很长的过渡段中间输送带中心与带边之间的伸差
ηges
电机轴与滚筒轴之间全部传动环节的总效率
λ
上分支或下分支输送带的槽角
μ
输送带与滚筒间的摩擦系数
μ1
输送带与输送物料间的摩擦系数
μ2
输送带与导料槽侧板间的摩擦系数
μ3
输送带与托辊间的摩擦系数
μ4
输送带与带式清扫器间的摩擦系数
ρ
被输送物料的堆积密度
kg/m3
φ
有效装满系数
φBetr
相对于输送机生产条件的装满系数
φSt
倾斜输送时对于理论总断面积Ath的装满系数的缩减系数
φSt,1
堆积三角形理论部分断面积A1th的装满系数的缩减系数
a）在一些公式中采用了括弧内给定单位的量数
表2指数（下标的含义）
起动时
停止时
非稳定工况下（起动、停止）
eff
有效的
erf
需要的
i
分支区段的循环变量
j
输送带回转点的循环变量
inst
安装的
max
最大
min
最小
o
上分支
red
减少的
th
理论的
u
下分支
*
标记工况的循环变量
5体积输送量和质量输送量
带式输送机的最大体积输送量和质量输送量，受运行输送带上可调整的装料断面面积的影响。
装料断面面积则取决于输送带的动堆积角及装料条件。
在计算最大体积输送量和质量输送量时，应尝试找出等效的、简便的几何断面面积。
该理论断面面积Ath是根据输送带在托辊上的形状和输送物料的角度状况来计算的。
图1为槽形三托辊组支承输送带常见装料断面面积。
B
b
β
A1th
Ath
λA2th
lM
图1三托辊组水平输送时的理论装料断面
理论装料断面面积由托辊的长度和布置（槽角）、有效输送带宽度b及一个等效堆积角β来确定的，该等效堆积角所确定的断面面积与实际装料断面面积相等。
有效带宽b取决于带宽B：
B≤2000mmb=0.9×
B－50mm
（1）
B＞2000mmb=B－250mm
（2）
对于水平直线运行及托辊组为输送带稳定运行而倾斜布置的带式输送机可以减少有效输送带宽度。
对于水平设置的带式输送机的1辊、2辊和3辊的托辊组来说，与实际装料断面等效的理论装料断面积Ath，可用角度β作为计算断面面积A1th与A2th之和来确定（见图1和附件A）。
（3）
（4）
选择等效堆积角取决于所输送的物料和运输的长度。
如没有选择等效堆积角的经验可以将下列数值代入式中：
对于标准流散物料，取β=20º
；
对于次流散或近似于流散物料，则取β=20º
以下至β=0º
。
只有输送物料具有一个高内摩擦系数情况下，才能够将数值β大于20º
的等效堆积角，代入式中。
当托辊组有1个和2个辊子时，中间辊子长度应取lM=0。
根据理论装料断面积，用有效装料断面系数计算出：
理论体积输送量：
IV,th=AthV（5）
有效装料系数φ=φBtrφSt
额定体积输送量：
IV,N=φIV,th（6）
额定质量输送量：
Im,N=φρIV,th（7）
额定载荷产生的线载荷：
m’L,N=φρAth（8）
装料系数φBetr取决于：
——输送物料的特性；
——块度；
——最大边长；
——堆积角βdyn（标志实际动态堆积特性）；
——带式输送机的运行条件；
——加料均匀性；
——输送带的直线性；
——输送能力的储备。
当加料均匀和输送带直线运行时，水平直线输送机的理论装料断面可以被充分利用
（φ=φBetr=1）。
缩减系数φSt在倾斜输送时减少断面积A1,th：
（9）
当输送机对中良好并均匀加载块度小的物料时，可以将δmax≤βdyn代入式中：
（10）
在应用公式（9）、（10）时，应注意倾斜输送时的倾角最大只能等同于实际动堆积角
βdyn（见附件A），而且在这种情况下只有断面积A2,th用于输送物料。
6稳定工况的运行阻力和功率消耗
根据所有类型带式输送机以及密集型带式输送线目前的技术状况和所有设想到的生产条件，其结果应与实际情况尽可能相近。
为确定运行阻力、功率消耗和局部输送带张力，提供下面所述的计算方法。
对于生产条件简单的简易带式输送机，和对没有很高数值要求的带式输送机，在考虑技术安全要求条件下，有经验的应用者可以采用缩减的计算方法。
在开始计算运行阻力之前，应估计一些基础数值。
这些参数应在计算过程中加以验证，可能应予以更正。
应经常进行反复计算，以达到完全符合输入值的计算结果。
在稳定工况运行时产生的抗力（运行阻力）FW从摩擦力、重力和质量的总和中得出。
输送机的功率消耗PW产生于运行阻力和运行速度：
PW=FWv（11）
为了计算，将运行阻力分为：
——主要阻力FH;
——附加阻力FN;
——提升阻力FSt;
——特种阻力FS。
这些运行阻力之和FW，等于从传动滚筒传递到输送带上的圆周力FTr：
（12）
阻力应以分段形式确定。
一个分段是以其代入参数来标示的，如输送机的倾角δ、假想摩擦系数f和取决于所输送的物料mL，及旋转托辊部分的分段载荷，还有上、下分支的常数。
考虑到利用EDV—装置进行计算，在输送机分段的起点和终点，从机尾开始向机头方向确定一个运转指数i（循环变量）证明是合适的。
上分支的参数值，用o表示，下分支用u表示（见图2）。
为了能够在计算过程中确定选择一次性给定的标识，对于输送带回转点及其关联量值,应含有运行指数j（循环变量）（见图2和图5）。
主要阻力产生于输送线路的总长度。
参数应分段确定。
l2
尾部2运行方向
Fwo2Fwo1
Fwu210头部
Fwu1
l1
图2运行阻力的分段构成和分段计算
按上、下分支分为每个分段的阻力，与运动荷载之间存在线性关系，应确定分段的主要阻力FH,i：
FH,i=liƒig[m’R,i+（m’G+m’L,i）cosδ]（13）
在确定输送带张力时，必需确定上分支分段主要阻力FH,o,i和下分支分段主要阻力FH,u,i（见8.3）。
然后得出输送机的主要阻力：
（14）
在输送机向下和向上运输时，应根据额定载荷范围（装料系数φ在0.7到1.1之间），及对其他载荷情况（装料不均匀、部分载荷和空载）计算主要阻力，因为在这种情况下的阻力之和可能大大超过标准情况的阻力。
选择假想摩擦系数f对主要阻力的量值具有重大意义，其远远大于重量，稍逊于输送机的提升阻力。
在设计时重点总是放在安全方面，应力求对没有详细说明运行特征和对摩擦系数f值产生的很大间隔进行计算，参照表4。
在一定条件下不可避免出现相当大的超过参数的规格。
为了降低这种超值，对一些分段，精确规定摩擦系数f是必要的。
主要通过托辊运行阻力和压辊阻力来确定摩擦系数f值。
对于松弛度相对较大的输送带，输送物料的挤压阻力占很大比例。
为了精确确定摩擦系数f值，按给定的界限条件测定托辊运行阻力和压辊阻力并预测剩余的阻力（见[2]、[3]、[4]和[5]）。
对于输送物料挤压阻力的正常值，应将这两个测出的数值代入负载的分支中（一般情况下是上分支），数值在50%至85%之间，平均为摩擦阻力的70%。
对于空载的分支（一般是下分支）计算约为摩擦阻力的90%。
从公式中计算出：
上分支:
（15）
下分支:
（16）
代入参数0.5≤qo≤0.85,平均qo=0.7。
qu=0.9。
表3为预测系数qo的依据。
表3系数qo的标准值
特征
特征程度分类
相对输送带垂度hrel
中等
高，≤0.01
低
输送物料内摩擦力
高
托辊运行阻力
压辊阻力
系数qo
标准值≈0.7
计算
减少
增加
系数qo
达到
0.5
0.85
如没有测量值或经验值，可根据表4中运行条件和结构特性（见附件A）获取标准值（见[6]）。
这些标准值是通过对上、下分支大量的测量及下列界限条件总结得出的：
——上分支3组固定式托辊组；
——采用滚动轴承迷宫密封式托辊；
——相对输送带垂度参数hrel≤0.01；
——装料系数φ范围在0.7至1.1。
表4当输送机装料系数在0.7至1.1范围内时摩擦系数f的标准值
输送物料的内摩擦力
带式输送机的整直性
好
差
输送带张力
运行条件（多尘，粘性大）
托辊直径
108至159
>
159
<
108
上分支托辊间距单位：
1.0至1.5
1.0
1.5
下分支托辊间距单位：
2.5至3.5
2.5
3.5
带速单位：
4至6
4
6
槽角单位：
25至35
25
35
环境温度单位：
℃
15至25
25
15
摩擦系数f
标准值≈0.020
摩擦系数f达到值
0.010
0.040
如果对计算精确度没有很高的要求，可按公式（13）在计算主要阻力时应用此摩擦系数f。
对于驱动装置为发电机运转方式，在设计时为保证有较大的安全性，采用较小的摩擦系数f；
而以电动机方式的驱动装置则采用较大的摩擦系数f来达到安全性。
附加阻力是产生在输送机个别位置的摩擦阻力和惯性阻力。
附加阻力FN的各个部分可用下式计算：
6.
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