隨著帶式輸送機系統(tǒng)單機長度的增加、輸送量的增大以及提升高度的提高，所需輸送帶的強度越來越高。為了進一步降低輸送帶的強度或驅動裝置的規(guī)格，要在輸送線路上布置中間驅動?，F(xiàn)有驅動方式有輪胎驅動、直線電動機驅動、托輥驅動、中間滾筒驅動、線摩擦驅動等。

筆者簡要介紹了直線電動機驅動、托輥驅動、輪胎驅動的研究進展，重點討論線摩擦驅動帶式輸送機系統(tǒng)的發(fā)展，為今后多驅動帶式輸送機的選用與設計提供參考。

1 帶式輸送機的驅動方式

1.1 輪胎驅動

輪胎的主要功能是車輛與路面之間力傳遞驅動力、制動力、轉向力等，以實現(xiàn)汽車的驅動、制動、轉向等功能。輪胎驅動裝置由 4 個輪胎組成一個驅動單元，如圖1 所示。2 個施壓輪胎分別壓在輸送帶上方左右兩側，另外 2 個驅動輪胎在輸送帶下方左右兩側，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。驅動輪胎旋轉產(chǎn)生轉矩，使接觸部分形成摩擦力，驅動輸送帶運動。為提高輸送帶的接觸，輸送帶邊緣需要增強鋼繩剛度。

圖1 輪胎驅動裝置

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

輪胎驅動存在的主要問題：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，且輪胎傳遞驅動力需要足夠的粘著力，需要施加足夠大的壓力，限制了驅動力。

1.2 直線電動機驅動

直線電動機工作原理與旋轉電動機相同，由定子演變而來的一側稱為初級，由轉子演變而來的一側稱為次級。磁懸浮列車是直線電動機實際應用的最典型例子。

漢諾威工業(yè)大學 IFA 建立了 5 m 長的直線電動機帶式輸送機試驗臺。直線電動機能實現(xiàn)完全無接觸方式傳遞作用力，直接提供直線運動，沒有轉動的傳動部件。目前，僅考慮在輕型帶式輸送機上進行應用，該驅動具有結構緊湊、降低輸送帶張力的特點。直線電動機驅動方式是國際上研究的熱點，期待今后在通用、長距離帶式輸送機上的實用化。輕型輸送帶直線直接驅動樣機如圖2 所示。

圖2 輕型輸送帶直線直接驅動樣機

1.輸送帶；2.直線直接驅動；3.改向滾筒；4.控制裝置。

1.3 托輥驅動

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

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

圖3 托輥驅動單元

1.4 中間滾筒驅動

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

圖4 卸料滾筒助力驅動的布置

1.第一傳動滾筒；2.測力傳感器；3.第二傳動滾筒。

該驅動的優(yōu)點是可以降低輸送帶張力，有效降低輸送帶強度等級；輸送帶上的“卸料”轉載并不像兩臺輸送機之間的傳統(tǒng)轉載那樣困難，因為他們始終在同一方向上，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。

該驅動的缺點是運行狀態(tài)良好的系統(tǒng)需要設置張力控制，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，會增加輸送帶的磨損與沖擊，導致輸送帶的壽命縮短；輸送高黏性物料時，可能引起轉載點的堵料，需要精心處理。

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

1.5 線摩擦助力驅動

1.5.1 國外的發(fā)展情況

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

圖5 線摩擦中間驅動

1.摩擦驅動裝置；2.承載帶；3.驅動帶；4.托輥。

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

HESE 公司于 1975 年開發(fā)該產(chǎn)品，其總應用量超過 150 臺。HESE 公司在 2014 年 4 月啟動破產(chǎn)程序，2015 年 VOITH 接管其輸送機技術部分業(yè)務。普羅斯珀·哈尼爾 Belt NW2 (2004) 是 HESE 公司的典型線摩擦驅動系統(tǒng)。該系統(tǒng)主機驅動功率為 3×500 kW；設置3 個 TT 驅動，功率為 3×500 kW；采用 PVG2500 輸送帶，如果采用端部驅動單元的傳統(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)集團新莊孜礦提供了三號主井線摩擦帶式輸送機，對該礦原輸送機進行改造，以提高輸送量，其主機和輔機的配置狀況及布置形式如圖6 所示。主機全長為 1 440 m，采用三機驅動，驅動方式為電動機 +CST，驅動功率為 3×560 kW，帶寬為 1 200 mm，強度為 ST3150，驅動滾筒直徑為 1 430 mm，傳動裝置采用 CST 630 ks，帶速為4 m/s，張緊采用機尾配重；輔機長度為 200 m，采用單機驅動，驅動方式為電動機 +CST，驅動功率為1×560 kW，帶寬為 1 200 mm，強度為 ST1250，驅動滾筒直徑為 1 430 mm，帶速為 4 m/s，張緊采用機尾液壓張緊，輔機機頭距主機機頭 580 m。主輸送機的輸送能力從 800 t/h 提高到 1 200 t/h，提高了 50%，同時降低了輸送系統(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

1.主機驅動滾筒；2.主機；3.主機輸送帶；4.輔機驅動滾筒；5.輔機；6.輔機輸送帶；7.輔機尾部滾筒；8.主機尾部滾筒。

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

(1) 驗證摩擦驅動裝置的多驅動帶式輸送機在不同的工作狀態(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) 驗證輸送機各部件的結構設計以及按此設計進行輸送機工業(yè)批量生產(chǎn)的可能性。

(3) 研究牽引性能和各中間驅動裝置協(xié)同工作的情況。

(4) 研究輸送機電力驅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

上海起重運輸廠對線摩擦驅動帶式輸送機機型進行了一系列的研究，給出了線摩擦驅動帶式輸送機的可能布置方式，具體如圖7 所示，其中圖7(b)、(c)已經(jīng)有實際應用。通常線摩擦驅動是作為輔助手段，圖7(a) 情況不是實際可能采用的方式，圖7(d) 方式已經(jīng)證明不適用，因為該方案難以保證驅動帶在上分支和下分支的合理分配。

圖7 線摩擦驅動帶式輸送機的可能布置方式

1.驅動帶；2.承載帶；3.驅動輔機；4.頭部滾筒；5.增壓輥。

摩擦驅動帶式輸送機在國內(nèi)最早于 1974 年應用于上海港 7 區(qū)線。該輸送機帶寬為 1 000 mm，長度為 410 m，露天水平布置，可正向與反向運轉，帶速為 3.15 m/s，與 QD3025 斗輪機配套使用，運煤輸送量為 1 000 t/h。由頭部 (或尾部) 傳動滾筒及安設在中部的 3 條 15 m 長的線摩擦驅動，設備裝機總功率為 7×30 kW 驅動，3 個線摩擦驅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、大雨、大雪的考驗，年輸送煤近 200 萬 t，使用時間為 4 000 h 以上。

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

2 多驅動帶式輸送機的對比分析

將各種多驅動帶式輸送機方式按應用數(shù)量、可靠性、擴產(chǎn)和延伸適用性、發(fā)展?jié)摿Α⑼顿Y等方面進行比較，結果如表1 所列。輪胎中間驅動由于可靠性較低已經(jīng)沒有新的應用，托輥驅動仍然有應用的可能性，直線電動機驅動方式由于有磁懸浮列車的應用是有發(fā)展?jié)摿Φ尿寗臃绞?，尚需進一步開發(fā)。卸料滾筒驅動是當前多驅動帶式輸送機系統(tǒng)的主流。線摩擦助力驅動方式雖然投資成本高，但在系統(tǒng)擴產(chǎn)和延伸方面具有優(yōu)勢，應用較多。

表1 多驅動帶式輸送機的對比

3 結論

(1) 中間滾筒驅動方式是中間驅動的首選，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，是帶式輸送機多驅動的可選項。

(3)直線電動機驅動方式雖然目前鮮有應用實例，但隨著技術進步，將成為帶式輸送機多驅動的可選方式。