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第5节连续输送系统及设备设计

第5章连续输送系统及设备设计

5.1连续输送系统与设备概述

5.1.1连续输送机械的特点与分类

1连续输送机械的特点

连续输送机械是物料搬运机械的一种主要类别。

它是以形成连续物流方式沿一定线路输送一定种类货物或人员的机械装置。

某些连续输送机械亦可进行间歇输送。

连续输送机械与间歇作业的起重机械相比，具有以下特点。

（1）优点

1输送能力大。

可以不间断地连续进行输送，其装载和卸载是在输送过程不停顿的情况下

进行的，不必因空载回程而导致输送间断。

同时由于不经常起动和制动，故可采用较高的工作速度。

连续而高速的输送所能达到的输送能力远非间歇作业的起重机械所能比拟。

②结构比较简单。

连续输送机械沿一定线路全长范围内设置并输送货物，动作单一，结构紧

凑，自身质量较轻，造价较低。

因受载均匀、速度稳定，工作过程中所消耗的功率变化不大。

在相同输送能力的条件下，连续输送机械所需功率一般较小。

③输送距离可以较长。

不仅单机长度日益增加，且可由多台单机组成长距离的输送线路。

④便于实现程序化控制和自动化操作。

（2）缺点

①通用性较差。

每种机型一般只适用于输送一定种类的货物。

②必须沿整条输送线路布置。

输送线路一般固定不变。

在输送线路变化时，往往要按新的线

路重新布置。

在需要经常改变装载点及卸载点的场合，须将输送机安装在专门机架或臂架上，借助它们的移动来适应作业要求。

③大多不能自动取料。

除少数连续输送机能自行从料堆中取料外，大多要靠输助设备供料。

④不能输送笨重的大件物品。

不宜输送质量大的单件物品或集装容器。

2连续输送机械的分类

（1）按用途分类

连续输送机械按用途分为：

通用输送机械、专用输送机械和辅助装置。

将多台输送机械按生产工艺流程的要求，相互衔接起来，形成货物输送与生产工艺紧密结合

的输送系统，便成为生产加工与装配作业一条龙的流水生产线。

输送系统中的若干衔接部位，如转载、分拣、分流、合流等也可实现机械化，以期减轻工人劳动强度，提高作业速度与精度，提高整个系统的输送能力。

与工艺过程相配的输送机械的重要特征是：

它的速度取决于生产工艺过程。

仅用于装卸作业的输送机械，一般具有较高的工作速度和较大的输送能力。

（2）按输送的对象分类

连续输送机械按输送的对象可分为输送散粒物料、输送成件物品和输送人员（例如自动扶梯及自动人行道）三类。

其中输送散粒物料的连续输送机械型式最多，应用最广，输送能力也最大。

输送人员的机械必须具备多种安全装置。

（3）按安装形式分类

连续输送机械按安装形式可分为固定式、移动式和移置式三类。

大多数连续输送机械均沿输送线路安装在固定的机架上。

移动式仅适用于输送距离短、作业地点多变的场合。

移置式则适用于输送机械在使用一段时间后需要移动一定距离以继续使用的场合。

（4）按结构型式分类

连续输送机械按结构形式不同可分为有挠性牵引构件的和无挠性牵引构件的两类。

①有挠性牵引构件输送机的特点是：

物料放在牵引构件上或与牵引构件连接的承载构件上，利用牵引构件的连续运动来输送物料。

这类输送机械除具有牵引构件、承载构件、驱动装置、张紧装置以外，一般还具有装载、卸载、改向等装置，它包括图1-1所列的带式输送机、斗式提升机、板式输送机、自动扶梯等，它们分别采用输送带或链条作为牵引构件。

②无挠性牵引构件输送机械的特点是：

利用工作构件的旋转运动或往复运动使货物沿封闭的管道或料槽移动。

它们输送货物的工作原理各自根本不同，且共性的零部件也很少，如图5.1-1所列的螺旋输送机、振动输送机、滚性输送机等。

（5）按输送机理分类

连续输送机械按连续输送机械输送机理可分为机械式和流体式两类。

机械式的依靠工作构件的机械运动进行输送；流体式的则利用空气或水等的流体动力通过管道进行输送。

图5.1-1所列的有牵引构件和无牵引构件的输送机械以及连续装卸机械属于机械式的，而气力输送装置和液力输送装置则属于流体式的。

图5.1-1连续输送机械分类表

5.1.2连续输送机械的应用范围及所输送货物的特性

1连续输送机械的应用范围

连续输送机械在国民经济的各个部门中得到了相当广泛的应用，已经遍及各行各业。

例如在重工业及交通运输部门主要用于输送大宗散粒物料；在现代化生产企业中，连续输送机械是生产过程中组成有节奏的流水作业线所不可缺少的设备，通过连续输送机械的应用实现车间运输和加工安装过程的机械化，并实现程序化和自动化；在粮食、化工、轻纺、食品等许多部门，连续输送机械往往不单纯进行物料输送，还在输送的同时进行某些工艺处理；在大型工程项目的施工工地，连续输送机械可用来搬运大量土方和建材物料；在机场、港口连续输送机械还用来输送旅客和行李。

总之，连续输送机械的应用场合是不胜枚举的，表5.1-1列举了使用连续输送机械的有关行业及所输送的货物名称。

在实际应用中，除了采用各种通用连续输送机械（如通用带式输送机）和特种连续输送机（如特种带式输送机）以外，往往还根据生产作业的需要，将各种连续输送机安装在不同结构型式并具有多种工作机构的机架或门架上构成某种专用机械。

以港口的散粒物料连续装卸船为例，我国的各个散粒物料出口专业化码头均装备了以带式输送机为主体的散粒物料装船系统；而在散粒物料进口专业化码头上则有以各种连续输送机为主体的散粒物料连续卸船系统，例如用于散粮码头的卸船作业的双带式卸船机、波形挡边带式卸船机（秦皇岛、连云港）、埋刮板卸船机、气力吸粮机等；用于化肥卸船作业的螺旋卸船机；用于煤炭卸船作业的链斗卸船机；用于卸驳船作业的悬链式链斗卸船机。

这些散粒物料连续装卸机械的迅速发展开拓了连续输送机械新的发展领域。

5.1-1连续输送机械应用举例

行业（部门）

所输送的货物

采矿

煤炭、各类矿石、矿砂、矿粉等

冶金

各种钢管、型材、钢板、焦炭、炉渣等

电力

煤炭、粉煤灰、石灰石、石灰粉等

铸造

新砂、旧砂、型砂、型芯、煤粉、粘土粉、砂箱、铸锻件等

机械制造

各类机器零件、毛坯、半成品、铁屑等

建材

石灰石、生料、熟料、水泥、黄砂、粘土、碎石、耐火材料等

化工医药

各类化工医药原料及产品等

食品轻工

各种粮谷、面粉、糖、盐、奶粉、烟草、酿酒原料等

橡胶

橡胶粒、橡胶制品、滑石粉、碳黑等

造纸

碎木料、锯屑、树皮、干纸浆、化学药品、石灰石、粘土、淀粉等

塑料

粉状粒状的聚乙稀、聚氯乙烯、尼龙、酚醛树脂等

港口

煤炭、矿石、矿砂、矿粉、砂土、盐、糖、粮谷、水泥、化肥等

2连续输送机械所输送货物的主要特性

设计连续输送机械之前，必须先熟悉所输送货物的主要特性，因为货物特性对连续输送机械的选型、主要参数的确定等关系颇大。

连续输送机械所输送的货物可分为成件物品和散粒物料两大类。

（1）成件物品的主要特征

成件物品的种类繁多，应用连续输送机械进行输送的主要是袋装、箱装、桶装和其它各种单件物品。

如在厂内输送、堆垛或港口装卸的袋装粮食、化肥；在机场输送的施行箱、小行包；在制造、装配生产流水作业线上输送的单件零部件、铸件、锻件等。

如果是轻小成件物品，则可集装于容器内进行单元化输送，这种单元亦可视为成件物品。

被输送的成件物品的主要特征是质量、外形尺寸（长、宽、高）、物品的重心高度及其变动范围、物品底面形状及其物理性质以及包装形式等。

对一些较特殊的成件物品还应考虑其他特性，如物品的温度、物品放置或悬吊的方便性、易燃性、爆炸危险性等。

常见袋装物料的特征如表5.1-2所示。

表5.1-2常见袋装物料的特征

物料

名称

包装

形式

包装尺寸（mm）

质量

（kg）

长

宽

高

面粉

大米

食盐

食糖

化肥

水泥

布袋

麻袋

塑料袋

纸袋

700

600

700

450

500

400

200

150

100

（2）散粒物料的主要特性

连续性输送机械大多用于输送散粒物料，也就是不进行包装而成批堆积在一起的块状、颗粒状、粉末状物料。

这些物料的主要特性分别介绍如下。

1粒度和颗粒组成

单一散粒体的尺寸大小称为物料粒度，以长度单位表示。

对球形或类似球形颗粒，其粒

度以球体直径表示；对椭圆球体颗粒以其长径表示；对长方体或不规则形体颗粒则以其最大对角线长度表示。

大多数散粒物料均含有大小不等的颗粒。

物料中所含的不同粒度颗粒的质量分布状况称为物料的颗粒组成。

它反映散粒物料颗粒尺寸大小的均匀程度。

物料的颗粒组成可用物料颗粒级配百分率和典型颗粒粒度来表示。

物料颗粒级配百分率有分计级配百分率和累计级配百分率两种表示法。

前者指物料样品中各个不同粒度级别的颗粒的质量占该样品全部颗粒总计质量的百分比；后者指物料样品中大于某粒度的各个粒度级别的颗粒的累计质量占该样品全部颗粒总计质量的百分比。

典型颗粒粒度是表示物料试样的粒度大小的特征指标，应根据物料的粒度组成情况不同而分别确定；

对于颗粒尺寸大小较均匀的分选物料，即在整批物料中，颗粒的最大粒度dmax与最小粒度dmin之比，即

≤2.5时，物料的典型颗粒粒度用平均粒度d0表示：

d0=

对于原装物料，即在

＞2.5时，如果最大粒度级别（0.8～1）dmax的物料质量大于该批试样总质量的10%时，其典型颗粒粒度用最大粒度dmax表示。

如果最大粒度级别（0.8～1）dmax的物料质量小于该批试样总质量的10%时，则可以取0.8dmax为典型颗粒粒度。

散粒物料的物料特性分为8级，见表5.1-3。

表5.1-3散粒物料特性分级

级

粒度d（mm）

粒度类别

＞100～300

＞50～100

＞25～50

＞13～25

＞6～13

＞3～6

0.5＞3

0～0.5

特大块

大块

中块

小块

颗料状

小颗粒状

粒状

尘状

对于粒度大于0.5mm的物料常用筛分法，并以筛网的目数来表示其粒度范围。

我国常用的泰勒标准筛与美国、日本、英国的标准筛大致相同。

泰勒标准筛目与孔径的对照见表5.1-4。

表5.1-4泰勒标准筛规格

目

孔径（mm）

目

孔径（mm）

目

孔径（mm）

325

270

250

200

170

150

115

100

0.043

0.053

0.061

0.074

0.088

0.104

0.124

0.147

0.175

0.208

0.246

0.295

0.351

0.417

0.495

0.589

0.701

0.833

0.991

1.168

3.5

1.397

1.651

1.981

2.362

2.794

3.327

3.962

4.699

5.613

②堆积密度

堆积密度是指散粒物料在自然堆放的松散状态下，含颗粒间间隙在内的单位体积物料所具有的质量，其单位为“t/m3”或“kg/m3”。

由于物料颗粒之间存在间隙，当物料处于贮存状态，下层物料会被上层物料压实，而物料在机械式输送过程中因受振动同样可能被振实。

物料在压实或振实状态下的堆积密度大于松散状态下的堆积密度，前者与后者之比用压实系数K表示，显然K＞1。

对于砂，K=1.12；煤，K=1.4；矿石，K=1.6。

对于其余各种不同物料的压实系数大致在K=1.05～1.52之间。

此外，当物料从容器中倾斜流出，物料受到充气流态化或经历气力输送之后，物料的松散程度和堆积密度也将发生变化，处于充气状态的堆积密度明显减小。

物料在上述不同状态下堆积密度数值变化反映了物料的流动性和能否被充气流态化的特性。

在设计中，与所需存仓装置、供料器等的容积以及输送机械的输送能力的计算有关。

常见物料的堆积密度见表5.1-5。

表5.1-5散粒物料的特性参数

物料名称

堆积密度

（kg/m3）

自然堆积

角（静）

（°）

对钢的静

磨擦系数

小块干燥无烟煤

800～950

0.84

铁矿石烧结矿

1700～2000

0.9

干燥磷灰石

1300～1700

30～40

0.58

小块石膏

1200～1400

0.78

干燥、小块的粘土

1000～1500

0.75

块度均匀的圆砾石

1600～1900

30～45

0.8

炉灰（干）

400～600

40～50

0.84

中等块度焦炭

480～530

35～50

1.0

面粉

450～660

50～55

0.65

木屑

160～320

0.8

砂（干）

1400～1650

30～35

0.8

小麦

650～830

25～35

0.6

稻谷

550～570

35～45

0.57

各种块度的铁矿石

2100～3500

30～50

1.2

水泥（干）

1000～1300

0.65

碎石（干）

1500～1800

35～45

0.74

砂糖

720～880

0.85

细盐

900～1300

0.7

玉米

700～800

0.58

大米

800～820

23～28

0.58

物料的堆积密度数值还与其湿度（含水率）有关。

③湿度（含水率）

物料除了本身以形成化合物的方式而存在的结构水以外，还有物料颗粒从周围空气中吸收的湿存水和存在于物料颗粒表面和颗粒间的表面水。

仅含有结构水的散粒物料称为干燥物料。

散粒物料的湿度（含水率）W是指物料试样中所含湿存水和表面水的质量与该物料试样经烘干后的质量之比，即：

×100%（5.1-1）

式中G1——物料试样在烘干前的质量；

G2——干燥的物料试样质量，通常是在（105±5）℃温度下将物料试样烘干至恒重时的质量。

除了物料的含水率外，还要注意物料的吸湿性。

有些物料如硝酸钠、硝酸铵、氢氧化钠等容易从大气中吸收水分而潮解，有些物料如苏打粉、奶粉、盐、芒硝等则容易从周围吸收水分而结块。

④堆积角（自然坡度角）

堆积角（自然坡度角）是指物料从一个规定的高度自由均匀地落下时，所形成的能稳定保持的锥形料堆的最大坡角，即自然堆放的料堆表面与水平面之间的最大夹角。

它反映了物料的流动性，也就是在四周无侧壁限制的条件下，散粒物料所具有的向四周自由流动的特性。

堆积角越小则流动生越好，而物料的流动性又与其颗粒之间的粘性和内磨擦力有关。

对于同一种物料，堆积角大小随其湿度、粒度和形状等不同而变化，粒度越小则堆积角越大，颗粒形状越接近球形则堆积角越小。

粉末状物料充气时的堆积角显著地减小。

堆积角有静态和动态之分，在静止平面上自然形成的叫静堆积角ρ在作振动的平面上测得的称动堆积角ρd。

一般动堆积角ρd=（0.65～0.8）ρ，可取ρd=0.7ρ

常见物料的静堆积角参见表5.1-5。

⑤外摩擦系数

物料的外摩擦系数是指散粒物料与之接触的某种固体材料表面之间的摩擦系数，其数值等于该物料对该表面之间的摩擦力与法向正压力之比值。

外摩擦系数是该物料对该固体表面的外摩擦角的正切函数。

外摩擦系数不仅与固体表面的材料有关，而且与表面的形状和粗糙度有关。

外摩擦系数有静态和动态之分。

静态是指在物料与固体表面相对静止状态下测得的数值；动态是指该物料与该固体表面之间以一定速度相对滑移时测得的数值。

试验表明，动摩擦系数值大致为静摩擦系数的70%～90%。

常见散粒物料对钢的静摩擦系数参见表5.1-5。

⑥其他特性

除了以上列举的散粒物料基本特性以外，对于具体的设计任务，有时还要考虑对连续输送机械选型和部件结构等有重要影响的散粒物料其它方面的特性，如散粒物料（以下简称物料）的磨琢性、爆炸危险性、腐蚀性、有毒性、粘附性、脆性以及物料的温度等等。

物料对输送设备的磨琢性可用其莫氏硬度表示。

莫氏硬度共分10级。

最软的矿石是滑石，它的莫氏硬度定为1；最硬物料的莫氏硬度为10，以金刚石为代表。

物料越硬，其磨琢性越大。

对各种被输送的物料，可按其莫氏硬度值分为磨琢性不同的4类。

部分物料的磨琢性分类可参阅表5.1-6。

物料的磨琢性除取决于硬度外，还受粒度和形状等因素影响。

对同一种物料，粒度越大、表面棱角越尖锐则其磨琢性越大。

物料粉尘的爆炸危险性取决于粉尘的性质、粉尘的表面积和粉尘在空气中的浓度，同时还要有一定的引爆源。

可燃粉尘因表面积较大，很易受热起火。

当空气中的含尘量达到一定浓度并遇到具有一定能量的火种时，粉尘便会急剧氧化燃烧，在瞬间释放出大量的热能，同时产生的大量气体来不及扩散，使压力急剧升高而引起剧烈爆炸。

表5.1-6物料磨琢性分类

物料类别

莫氏硬度

物料名称

非磨琢性

1～2

蜡、石、墨、滑石、硝酸铵、沥青、冰、膨润土、石膏、硫磺、苏打粉一般食品、可可、面粉、淀粉、糖等

轻微磨琢性

2～3

熟石灰、粘土、无烟煤、硼砂、酚醛、聚酯、食盐、芒硝、碳酸氢钠、磷酸钠、方解石、铝土矿、一般塑料、云母等

中等磨琢性

4～5

氟石、碳酸镁、磷灰石、石棉、磷酸钙、碳墨等

强磨琢性

6～7及以上

正长石、浮石、黄铁矿、石英、二氧化硅、砂、铝土陶瓷等

粉尘的粒度越小，其表面积越大。

对粉尘爆炸来说，最危险的粉尘粒度范围是5～70μm，如粒度大于150μm，其危险性大为减小，如粒度大于420μm，一般在空气中不爆炸，除非其化学性质不稳定。

空气中含尘浓度很低时，粉尘之间的距离较大，即使一些粉尘着火后也不易传递到其他粉尘上，因而不会引起爆炸。

含尘浓度过高时，由于氧气数量相对减少，粉尘不能完全燃烧，也不会引起剧烈爆炸。

由此可知，每种易爆粉尘在空气中均有其最低和最高浓度。

就粉尘的性质而言，其爆炸性可用它的爆炸危险级别来表示。

如表5.1-7所示，按粉尘的起爆敏感性、爆炸猛烈性和爆炸危险性将各种粉尘分为弱、中、强、剧烈等4级。

由表可知：

在爆炸危险性强或剧烈的粉尘中，煤尘、硫磺等是燃烧热能大的物质；镁粉、铝粉等是氧化速度快的物质；淀粉、谷物、塑料类粉末是导电性不良、容易积聚静电而产生电火花的物质。

表5.1-7粉尘在空气中的爆炸危险级别

分类

粉尘名称

起爆敏感性

爆炸猛烈性

爆炸危险级别

农

牧

产

品

可可

咖啡

谷物

奶粉

淀粉

糖粉

小麦

面粉

强

中

强

剧烈

强

弱

剧烈

中等

剧烈

强

弱

强

剧烈

强

碳

素

物

活性碳

沥青

碳黑

煤尘

焦

天然沥青

石黑

硬柏油脂

弱

强

弱

强

弱

剧烈

弱

强

中等

剧烈

—

中等

—

强

—

中等

弱

强

弱

强

弱

剧烈

弱

强

金

属

和

矿

物

铝

铬

铜

铁

镁

锰

黄铁矿

硫磺

锡

钛

锌

中等

弱

中等

弱

强

弱

强

弱

剧烈

—

中等

弱

中等

弱

—

剧烈

弱

剧烈

弱

剧烈

弱

强

弱

剧烈

弱

塑

料

和

其

他

丙烯酰胺

丙烯腈

纤维素

醋酸纤维素

环氧树脂

有机玻璃原料

耐纶

酚醛

聚乙稀

聚丙稀

聚氨酯

聚酯

树酯

橡胶

苯乙烯

尿素

锯屑

强

剧烈

中等

强

剧烈

强

剧烈

强

剧烈

强

极剧烈

剧烈

强

弱

强

中等

剧烈

强

中等

强

剧烈

强

—

剧烈

强

剧烈

强

剧烈

强～剧烈

弱～剧烈

强～剧烈

弱～强

剧烈

强～剧烈

—

弱～剧烈

中等～剧烈

弱

强～剧烈

物料的腐蚀性取决于其酸碱度，用pH值来表示。

酸碱度pH值的范围为0～14，pH值等于7表示中性，小于7表示酸性，数值越小表示酸性增加，大于7表示碱性数值越大表示碱性增加。

对于具有腐蚀性物料，应详细了解该物料对不同金属的腐蚀程度。

有毒性的物料其毒性有大小之分，有的毒性物料与人体接触会引起疾病，如皮肤发炎、呼吸道疾病等，有的毒性剧烈的物料可能使人中毒死亡。

这类物料在输送过程中必须严格防止外泄。

物料的粘附性表现为其颗粒之间不仅有内摩擦力，还存在着粘聚力，致使颗粒相互粘结或粘附在输送设备上。

影响物料粘附性的因素很多：

有的物料是粒度极小的细粉，由于分子之间的作用力而粘附，如某些盐类、芒硝等；有的物料因带静电而粘附如某些塑料类粉末；还有的物料受热熔融软化而粘附，如石蜡等。

在设计中应根据不同情况采取相适应的措施。

脆性物料在输送过程中容易发生破碎，而某些物料如粮谷、食品、焦炭、种子等的破碎将影响其质量甚至报废。

因此，在设计中应选择低速输送或采用适当的防止冲击碰撞措施，避免物料破碎损失。

5.1.3连续输送机械的主要参数和选型

1连续输送机械的主要参数

连续输送机械的主要参数包括输送能力、水平运距、提升高度、工作速度、主要工作构件的特征尺寸和驱动功率等。

（1）输送能力

输送能力的单位用“t/h”、“m3/h”、“件/h”或“人/h”表示。

一般根据生产需要、建设规模确定，它是设计或选用连续输送机械的主要依据。

（2）水平运距和提升高度

水平输送距离和垂直提升高度的单位用“m”表示。

它反映不同机型输送线路的特点以及同一机型输送机的规格大小，关系着所需驱动功率的计算，因而也是重要的参数。

（3）工作速度

具有挠性牵引构件的连续输送机械的工作速度指牵引构件的速度，即带速、链速、牵引索运行速度等，其单位用“m/s”表示；无牵引构件的连续输送机械，其工作速度因机型而异，如螺旋输送机的螺旋转速，其单位用“r/min”表示；气力输送装置的输送风速，其单位用“m/s”表示等。

工作速度不仅对输送能力起决定性作用，而且还影响连续输送机械运行的可靠性、经济性和工作质量等。

例如，增加带式输送机带速可提高其输送能力，或在同样输送能力条件下采用较小的带宽，而输送带的线载荷和张力减小又可取较少的衬垫层数，这些都可降低输送带的成本以及减小输送机的尺寸和自重。

由于输送带的价格在带式输送机的造价中占有很大的比例（一般占整机成本的40%～50%）,因此,提高带速有很大的经济意义。

但是，增加带速可能会扬起粉尘、造成被运物料的破损，还会在装载段、清扫段等处增加对输送带的磨损。

又如气力输送装置的输送风速若选用过低，容易造成管道堵塞，若选择过高则会增加动力消耗及管道和部件的磨损，增大部件的尺寸，还可能造成物料破碎。

因此，必须根据不同的机型、被输送物料的特性和具体的输送条件来选取合理的工作速度。

（4）主要工作构件的特征尺寸

主要工作构件的特征尺寸是表征连续输送机械特点和规格大小的参数，通常是指带式输送机的带宽、斗式提升机料斗的宽度和深度、埋刮板输送机机槽的宽度和高度、螺旋输送机的螺旋直径、气力输送装置的输料管径等等，上述各特征尺寸可用长度单位“mm”表示。

一般根据设计输送能力进行计算和选定。

（5）驱动功率

驱动功率是

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