隨著帶式輸送機(jī)系統(tǒng)單機(jī)長度的增加、輸送量的增大以及提升高度的提高，所需輸送帶的強(qiáng)度越來越高。為了進(jìn)一步降低輸送帶的強(qiáng)度或驅(qū)動裝置的規(guī)格，要在輸送線路上布置中間驅(qū)動。現(xiàn)有驅(qū)動方式有輪胎驅(qū)動、直線電動機(jī)驅(qū)動、托輥驅(qū)動、中間滾筒驅(qū)動、線摩擦驅(qū)動等。

筆者簡要介紹了直線電動機(jī)驅(qū)動、托輥驅(qū)動、輪胎驅(qū)動的研究進(jìn)展，重點(diǎn)討論線摩擦驅(qū)動帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展，為今后多驅(qū)動帶式輸送機(jī)的選用與設(shè)計(jì)提供參考。

1 帶式輸送機(jī)的驅(qū)動方式

1.1 輪胎驅(qū)動

輪胎的主要功能是車輛與路面之間力傳遞驅(qū)動力、制動力、轉(zhuǎn)向力等，以實(shí)現(xiàn)汽車的驅(qū)動、制動、轉(zhuǎn)向等功能。輪胎驅(qū)動裝置由 4 個(gè)輪胎組成一個(gè)驅(qū)動單元，如圖1 所示。2 個(gè)施壓輪胎分別壓在輸送帶上方左右兩側(cè)，另外 2 個(gè)驅(qū)動輪胎在輸送帶下方左右兩側(cè)，向上將輸送帶頂住。在輸送帶的回程分支下面用包膠平托輥使之緊壓驅(qū)動輪胎。由于輪胎緊壓輸送帶，輸送帶與輪胎均將變形，兩者間形成摩擦。驅(qū)動輪胎旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使接觸部分形成摩擦力，驅(qū)動輸送帶運(yùn)動。為提高輸送帶的接觸，輸送帶邊緣需要增強(qiáng)鋼繩剛度。

圖1 輪胎驅(qū)動裝置

1.施壓輪胎；2.驅(qū)動輪胎；3.傳動齒輪；4.回程托輥；5.回程輸送帶；6.增強(qiáng)剛度鋼繩輸送帶邊緣。

輪胎驅(qū)動存在的主要問題：輪胎與輸送帶的接觸區(qū)域占用一定的帶寬，降低了輸送帶的承載寬度，且輪胎傳遞驅(qū)動力需要足夠的粘著力，需要施加足夠大的壓力，限制了驅(qū)動力。

1.2 直線電動機(jī)驅(qū)動

直線電動機(jī)工作原理與旋轉(zhuǎn)電動機(jī)相同，由定子演變而來的一側(cè)稱為初級，由轉(zhuǎn)子演變而來的一側(cè)稱為次級。磁懸浮列車是直線電動機(jī)實(shí)際應(yīng)用的最典型例子。

漢諾威工業(yè)大學(xué) IFA 建立了 5 m 長的直線電動機(jī)帶式輸送機(jī)試驗(yàn)臺。直線電動機(jī)能實(shí)現(xiàn)完全無接觸方式傳遞作用力，直接提供直線運(yùn)動，沒有轉(zhuǎn)動的傳動部件。目前，僅考慮在輕型帶式輸送機(jī)上進(jìn)行應(yīng)用，該驅(qū)動具有結(jié)構(gòu)緊湊、降低輸送帶張力的特點(diǎn)。直線電動機(jī)驅(qū)動方式是國際上研究的熱點(diǎn)，期待今后在通用、長距離帶式輸送機(jī)上的實(shí)用化。輕型輸送帶直線直接驅(qū)動樣機(jī)如圖2 所示。

圖2 輕型輸送帶直線直接驅(qū)動樣機(jī)

1.輸送帶；2.直線直接驅(qū)動；3.改向滾筒；4.控制裝置。

1.3 托輥驅(qū)動

托輥驅(qū)動是由 Polig Heckel Bleichert (PHB) 公司提出的一種驅(qū)動方式，把集中的滾筒驅(qū)動改為分散在托輥上驅(qū)動，與動車把機(jī)車的驅(qū)動分散到所有的輪軸驅(qū)動一樣，驅(qū)動托輥是通過托輥體將電動機(jī)轉(zhuǎn)矩傳遞給輸送帶的一種中間驅(qū)動裝置。為簡化驅(qū)動單元，提出了同步電動機(jī)的直驅(qū)方式。這種驅(qū)動方式的優(yōu)點(diǎn)是牽引力小、啟動功率小；當(dāng)驅(qū)動部件被粘住或被凍住的時(shí)候，由于輸送帶張力減小，可以采用中等強(qiáng)度的輸送帶。缺點(diǎn)是在分散的功率分配中存在浪費(fèi)；大量的驅(qū)動用電動托輥不但增加了投資，還增加了管理的復(fù)雜性，因而，該驅(qū)動方式只停留在方案研究階段，沒有實(shí)際應(yīng)用。

漢諾威大學(xué) ITA 針對此問題采用托輥驅(qū)動單位，用離散優(yōu)化方法研究此類輸送機(jī)的驅(qū)動力分配問題，以期達(dá)到降低能耗的目的。托輥驅(qū)動單元如圖3 所示。

圖3 托輥驅(qū)動單元

1.4 中間滾筒驅(qū)動

中間滾筒助力驅(qū)動的概念雖然出現(xiàn)較早，但到20 世紀(jì) 80 年代中期才開始廣泛采用。卸料滾筒助力驅(qū)動系統(tǒng)能夠在原輸送機(jī)系統(tǒng)上延長輸送機(jī)的長度，且無需安裝全新的輸送帶。這種驅(qū)動方式需要對輸入功率的動態(tài)進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)各驅(qū)動的功率平衡，需要采用液粘性離合裝置、變頻調(diào)速、調(diào)速型液力耦合器等，可以實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)發(fā)電再生的制動控制。一些公司已經(jīng)將此類驅(qū)動系列化，其布置如圖4 所示。

圖4 卸料滾筒助力驅(qū)動的布置

1.第一傳動滾筒；2.測力傳感器；3.第二傳動滾筒。

該驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)是可以降低輸送帶張力，有效降低輸送帶強(qiáng)度等級；輸送帶上的“卸料”轉(zhuǎn)載并不像兩臺輸送機(jī)之間的傳統(tǒng)轉(zhuǎn)載那樣困難，因?yàn)樗麄兪冀K在同一方向上，并且卸料帶速和受料輸送帶速度始終相同；撒料和清掃很少。

該驅(qū)動的缺點(diǎn)是運(yùn)行狀態(tài)良好的系統(tǒng)需要設(shè)置張力控制，由于存在卸料滾筒卸載到同一輸送帶上，存在一定的物料下落高差的能量損耗，特別是在輸送高磨琢性物料時(shí)，會增加輸送帶的磨損與沖擊，導(dǎo)致輸送帶的壽命縮短；輸送高黏性物料時(shí)，可能引起轉(zhuǎn)載點(diǎn)的堵料，需要精心處理。

中間滾筒助力驅(qū)動的應(yīng)用最為廣泛，在大多數(shù)的應(yīng)用中取代了其他中間驅(qū)動方式，包括后面討論的線摩擦驅(qū)動方式。

1.5 線摩擦助力驅(qū)動

1.5.1 國外的發(fā)展情況

線摩擦驅(qū)動帶式輸送機(jī)是在通用帶式輸送機(jī)的基礎(chǔ)上研制的。為降低輸送帶張力，在輸送機(jī)沿線設(shè)置若干個(gè)驅(qū)動帶，作為承載與牽引機(jī)構(gòu)。驅(qū)動帶與承載帶接觸帶摩擦，將驅(qū)動帶上的驅(qū)動力傳遞到承載輸送帶上。其傳動機(jī)理為摩擦傳遞驅(qū)動力，且驅(qū)動帶具有足夠的長度，一般稱為“直線摩擦驅(qū)動”。承載輸送帶及其他部件所構(gòu)成的系統(tǒng)稱為“主機(jī)”，驅(qū)動帶系統(tǒng)也可以看作單獨(dú)的輸送機(jī)，稱之為“輔機(jī)”。線摩擦驅(qū)動取消了物料中間轉(zhuǎn)載，可以降低物料的蛻化，避免轉(zhuǎn)載的撒料問題，并可在不改變原系統(tǒng)的驅(qū)動和輸送帶規(guī)格的前提下，提高輸送機(jī)的輸送量或?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行延伸。線摩擦驅(qū)動帶式輸送機(jī)如圖5 所示。

圖5 線摩擦中間驅(qū)動

1.摩擦驅(qū)動裝置；2.承載帶；3.驅(qū)動帶；4.托輥。

線摩擦方式最早是蘇聯(lián)在 1920 年提出，英國的道梯-麥柯公司進(jìn)行了研究，德國在 20 世紀(jì) 70 年代(Krupp) 對其進(jìn)行了試驗(yàn)研究。1973 年，德國第一臺TT 驅(qū)動用于 Fortuna 露天礦，總驅(qū)動功率為 9×430 kW，TT 驅(qū)動器為 3×430 kW。

HESE 公司于 1975 年開發(fā)該產(chǎn)品，其總應(yīng)用量超過 150 臺。HESE 公司在 2014 年 4 月啟動破產(chǎn)程序，2015 年 VOITH 接管其輸送機(jī)技術(shù)部分業(yè)務(wù)。普羅斯珀·哈尼爾 Belt NW2 (2004) 是 HESE 公司的典型線摩擦驅(qū)動系統(tǒng)。該系統(tǒng)主機(jī)驅(qū)動功率為 3×500 kW；設(shè)置3 個(gè) TT 驅(qū)動，功率為 3×500 kW；采用 PVG2500 輸送帶，如果采用端部驅(qū)動單元的傳統(tǒng)解決方案，需要采用的輸送帶為 ST6300，傳動滾筒直徑為 1 600 mm。

2009 年，HESE 為淮南礦業(yè)集團(tuán)新莊孜礦提供了三號主井線摩擦帶式輸送機(jī)，對該礦原輸送機(jī)進(jìn)行改造，以提高輸送量，其主機(jī)和輔機(jī)的配置狀況及布置形式如圖6 所示。主機(jī)全長為 1 440 m，采用三機(jī)驅(qū)動，驅(qū)動方式為電動機(jī) +CST，驅(qū)動功率為 3×560 kW，帶寬為 1 200 mm，強(qiáng)度為 ST3150，驅(qū)動滾筒直徑為 1 430 mm，傳動裝置采用 CST 630 ks，帶速為4 m/s，張緊采用機(jī)尾配重；輔機(jī)長度為 200 m，采用單機(jī)驅(qū)動，驅(qū)動方式為電動機(jī) +CST，驅(qū)動功率為1×560 kW，帶寬為 1 200 mm，強(qiáng)度為 ST1250，驅(qū)動滾筒直徑為 1 430 mm，帶速為 4 m/s，張緊采用機(jī)尾液壓張緊，輔機(jī)機(jī)頭距主機(jī)機(jī)頭 580 m。主輸送機(jī)的輸送能力從 800 t/h 提高到 1 200 t/h，提高了 50%，同時(shí)降低了輸送系統(tǒng)的總張力和伸長量。

圖6 新莊孜礦三號主井線摩擦帶式輸送機(jī)

1.主機(jī)驅(qū)動滾筒；2.主機(jī)；3.主機(jī)輸送帶；4.輔機(jī)驅(qū)動滾筒；5.輔機(jī)；6.輔機(jī)輸送帶；7.輔機(jī)尾部滾筒；8.主機(jī)尾部滾筒。

全蘇起重運(yùn)輸機(jī)械研究所采用模塊化設(shè)計(jì)思想并制造了蘇聯(lián)第一臺直線摩擦驅(qū)動的工業(yè)樣機(jī)。該設(shè)備安裝在建筑材料聯(lián)合企業(yè)砂石場露天場，且進(jìn)行了全面試驗(yàn)。該公司與塔克拉夫合作研制了多條線摩擦帶式輸送機(jī)系統(tǒng)。

(1) 驗(yàn)證摩擦驅(qū)動裝置的多驅(qū)動帶式輸送機(jī)在不同的工作狀態(tài) (空載、滿載、斷續(xù)加載) 下和不同季節(jié)(春夏秋冬) 的工作性能。

(2) 驗(yàn)證輸送機(jī)各部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及按此設(shè)計(jì)進(jìn)行輸送機(jī)工業(yè)批量生產(chǎn)的可能性。

(3) 研究牽引性能和各中間驅(qū)動裝置協(xié)同工作的情況。

(4) 研究輸送機(jī)電力驅(qū)動裝置的不同控制系統(tǒng)，并選擇最佳方案。

1.5.2 國內(nèi)的發(fā)展情況

上海起重運(yùn)輸廠對線摩擦驅(qū)動帶式輸送機(jī)機(jī)型進(jìn)行了一系列的研究，給出了線摩擦驅(qū)動帶式輸送機(jī)的可能布置方式，具體如圖7 所示，其中圖7(b)、(c)已經(jīng)有實(shí)際應(yīng)用。通常線摩擦驅(qū)動是作為輔助手段，圖7(a) 情況不是實(shí)際可能采用的方式，圖7(d) 方式已經(jīng)證明不適用，因?yàn)樵摲桨鸽y以保證驅(qū)動帶在上分支和下分支的合理分配。

圖7 線摩擦驅(qū)動帶式輸送機(jī)的可能布置方式

1.驅(qū)動帶；2.承載帶；3.驅(qū)動輔機(jī)；4.頭部滾筒；5.增壓輥。

摩擦驅(qū)動帶式輸送機(jī)在國內(nèi)最早于 1974 年應(yīng)用于上海港 7 區(qū)線。該輸送機(jī)帶寬為 1 000 mm，長度為 410 m，露天水平布置，可正向與反向運(yùn)轉(zhuǎn)，帶速為 3.15 m/s，與 QD3025 斗輪機(jī)配套使用，運(yùn)煤輸送量為 1 000 t/h。由頭部 (或尾部) 傳動滾筒及安設(shè)在中部的 3 條 15 m 長的線摩擦驅(qū)動，設(shè)備裝機(jī)總功率為 7×30 kW 驅(qū)動，3 個(gè)線摩擦驅(qū)動的頭部分別布置在距尾部 100、200、300 m (距頭部 110、210、310 m)處。該設(shè)備自 1978 年初經(jīng) 2 年多的投產(chǎn)使用，經(jīng)歷了 -10～ +38 ℃ 氣溫和大風(fēng)、大雨、大雪的考驗(yàn)，年輸送煤近 200 萬 t，使用時(shí)間為 4 000 h 以上。

20 世紀(jì) 90 年代以后，國內(nèi)有十余條線摩擦輸送系統(tǒng)投入運(yùn)行，主要用于延伸和提高運(yùn)量。

2 多驅(qū)動帶式輸送機(jī)的對比分析

將各種多驅(qū)動帶式輸送機(jī)方式按應(yīng)用數(shù)量、可靠性、擴(kuò)產(chǎn)和延伸適用性、發(fā)展?jié)摿Α⑼顿Y等方面進(jìn)行比較，結(jié)果如表1 所列。輪胎中間驅(qū)動由于可靠性較低已經(jīng)沒有新的應(yīng)用，托輥驅(qū)動仍然有應(yīng)用的可能性，直線電動機(jī)驅(qū)動方式由于有磁懸浮列車的應(yīng)用是有發(fā)展?jié)摿Φ尿?qū)動方式，尚需進(jìn)一步開發(fā)。卸料滾筒驅(qū)動是當(dāng)前多驅(qū)動帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的主流。線摩擦助力驅(qū)動方式雖然投資成本高，但在系統(tǒng)擴(kuò)產(chǎn)和延伸方面具有優(yōu)勢，應(yīng)用較多。

表1 多驅(qū)動帶式輸送機(jī)的對比

3 結(jié)論

(1) 中間滾筒驅(qū)動方式是中間驅(qū)動的首選，但可能增加對輸送帶的磨損和物料的蛻化。

(2) 線摩擦驅(qū)動方式雖然成本較高，但由于可以降低輸送帶的磨損和物料蛻化，是帶式輸送機(jī)多驅(qū)動的可選項(xiàng)。

(3)直線電動機(jī)驅(qū)動方式雖然目前鮮有應(yīng)用實(shí)例，但隨著技術(shù)進(jìn)步，將成為帶式輸送機(jī)多驅(qū)動的可選方式。