胡海峰 雷威躍

（三門峽高新機(jī)械有限公司） （三門峽化工機(jī)械有限公司)

非標(biāo)準(zhǔn)布置型式埋刮板輸送機(jī)運(yùn)行失效分析及設(shè)計(jì)

胡海峰*雷威躍

（三門峽高新機(jī)械有限公司） （三門峽化工機(jī)械有限公司)

針對(duì)鍋爐配套設(shè)備非標(biāo)準(zhǔn)布置型式埋刮板輸送機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)的輸送鏈斷開、出料不暢現(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)的分析，并結(jié)合實(shí)際工況對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行更改。分析了原設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題，從設(shè)計(jì)上根本性地解決了影響設(shè)備正常運(yùn)行的問題，可為非標(biāo)輸送設(shè)備的設(shè)計(jì)提供一定的參考。

埋刮板輸送機(jī) 鏈條 斷鏈 返料 失效分析

0 前言

埋刮板輸送機(jī)是一種在封閉的矩形斷面的殼體內(nèi)，借助于運(yùn)動(dòng)著的刮板鏈條連續(xù)輸送粉狀、顆粒狀及小塊狀等散粒物料的輸送設(shè)備。它主要由封閉的殼體、刮板鏈條、驅(qū)動(dòng)裝置及張緊裝置等部件組成。與螺旋輸送機(jī)和斗式提升機(jī)相比，它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、體積小、密封性能好、安裝維修方便、運(yùn)行平穩(wěn)、操作易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、能多點(diǎn)加料和卸料等優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)使用中又以其節(jié)約空間、改善工人的操作條件和防止環(huán)境污染等特性而廣泛應(yīng)用于化工、冶金、機(jī)械、輕工、電站等部門的設(shè)備配套，可輸送揚(yáng)塵大、有毒、易燃和高溫物料。2010年11月安徽某化工廠鍋爐配套設(shè)備中，冷渣機(jī)出料口的埋刮板輸送機(jī)出現(xiàn)故障，物料在其箱體內(nèi)堆積并導(dǎo)致輸送鏈多次斷鏈，嚴(yán)重影響了冷渣機(jī)的出料。維修后設(shè)備正常運(yùn)行的時(shí)間較短，因此該化工廠暫時(shí)采用帶式輸送機(jī)輸送爐渣，導(dǎo)致現(xiàn)場環(huán)境污染較大。本文針對(duì)該型式輸送機(jī)的運(yùn)行缺陷進(jìn)行分析，并對(duì)該冷渣機(jī)出料口埋刮板輸送機(jī)的合理設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述，可為鍋爐配套設(shè)備——冷渣機(jī)出料口埋刮板輸送機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

1 設(shè)備簡介

該埋刮板輸送機(jī)為鍋爐配套設(shè)備，用于將來自多個(gè)冷渣機(jī)出料口的爐渣輸送到指定的出渣位置，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)加料和卸料。鍋爐系統(tǒng)中多臺(tái)冷渣機(jī)出料口為同一水平高度，埋刮板輸送機(jī)卸料口與水平地面保持適當(dāng)?shù)母叨?，便于物料卸出后直接到達(dá)卸料口處的運(yùn)輸車車斗內(nèi)，即實(shí)現(xiàn)水平多點(diǎn)加料并提升物料到工藝要求的高度。由于該種布置型式的埋刮板輸送機(jī)于近幾年出現(xiàn)，是一種新型輸送設(shè)備，目前國內(nèi)設(shè)計(jì)手冊(cè)將其定義為非標(biāo)準(zhǔn)布置型式埋刮板輸送機(jī)或復(fù)合型埋刮板輸送機(jī)。非標(biāo)準(zhǔn)布置型式埋刮板輸送機(jī)有兩種形式，該設(shè)備是一種先水平、后轉(zhuǎn)入小傾角輸送布置型式的非標(biāo)準(zhǔn)布置型式埋刮板輸送機(jī)，它是近幾年來為滿足生產(chǎn)工藝需要而開發(fā)設(shè)計(jì)的新產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于鍋爐系統(tǒng)設(shè)備的配套。原鍋爐配套設(shè)備輸送物料的參數(shù)見表1所示。

表1 原鍋爐配套設(shè)備輸送物料參數(shù)

原輸送機(jī)技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 原輸送機(jī)技術(shù)參數(shù)

該設(shè)備所在生產(chǎn)線投產(chǎn)運(yùn)行后，最初原設(shè)備出料斷斷續(xù)續(xù)，繼而出現(xiàn)較大震動(dòng)和響聲，電流上升較大。操作工停車清理后，設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行，一段時(shí)間后輸送鏈鏈條變形并斷鏈。設(shè)備大修時(shí)打開埋刮板輸送機(jī)上蓋后發(fā)現(xiàn)，彎曲段集料較多；鏈條部分段浮起，在鏈條與鏈條軌道間有物料夾雜，彎曲段和傾斜角度段尤為嚴(yán)重；返料嚴(yán)重并在彎曲段物料堆積形成一個(gè)瓶頸，進(jìn)料依次堆積。此外，設(shè)備運(yùn)行時(shí)出料較少且斷續(xù)，偶爾夾雜有較大的顆粒。大修之后，設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間再次出現(xiàn)以上所述的斷鏈等現(xiàn)象。使用廠家迫于無奈改用皮帶傳動(dòng)裝置。運(yùn)行時(shí)一旦皮帶打滑就清理設(shè)備，這給操作工帶來了較大的工作量，且影響到上序設(shè)備冷渣機(jī)的運(yùn)行。經(jīng)多方考慮后使用廠家采用了敞口皮帶機(jī)輸送，雖滿足了輸送要求，但卻帶來了周圍環(huán)境的嚴(yán)重污染。針對(duì)以上情況，我方考察了現(xiàn)場并對(duì)積料、浮鏈、回流、斷鏈現(xiàn)象進(jìn)行分析，找出了導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行故障的原因。2010年12月下旬我公司生產(chǎn)的非標(biāo)準(zhǔn)布置型式埋刮板輸送機(jī)現(xiàn)場安裝試車，試車中物料出料連續(xù)且平穩(wěn)。至今該機(jī)已運(yùn)行了半年，一直較為穩(wěn)定，且鏈條磨損較小，贏得了客戶的好評(píng)。

2 故障分析

原埋刮板輸送機(jī)由尾部、加料段、水平中間段、彎曲段、傾斜角度段、頭部、傳動(dòng)裝置等部件組成，其中彎曲段有一個(gè)導(dǎo)鏈裝置。從整體上分析，原設(shè)計(jì)僅僅是將無傾角的MS型埋刮板輸送機(jī)在中間加一個(gè)彎曲段而構(gòu)成，對(duì)于該物料這樣的設(shè)計(jì)存在較大的不合理性。

2.1 鏈條選用不合理

原設(shè)計(jì)鏈條為糧食輸送機(jī)鏈條，即鏈條為套筒滾子結(jié)構(gòu)。套筒滾子鏈多用于中高速鏈速的設(shè)備中，即使原設(shè)計(jì)考慮到該物料不適宜中高速運(yùn)行而采用了低速運(yùn)行，就鏈條的選用顯然也是不適宜的。在實(shí)際運(yùn)行中，由于該物料為粉狀，細(xì)粉塵會(huì)嵌入到套筒滾子中，導(dǎo)致鏈條關(guān)節(jié)卡死，使其失去套筒滾子鏈的優(yōu)點(diǎn)，出現(xiàn)浮鏈現(xiàn)象；另外物料硬度較大，加速了銷軸和套筒的磨損，大大降低了使用壽命。

2.2 刮板選用不合理

原設(shè)計(jì)刮板為T型內(nèi)向式刮板，結(jié)構(gòu)簡單。該物料為自由流動(dòng)的物料，在傾斜輸送的情況下其流動(dòng)性更好。因此，在傾斜角度為24°的情況下，為了保證料層間的穩(wěn)定性及增大摩擦力，一般選用形狀較復(fù)雜的刮板。原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行時(shí)雖鏈條水平段完全能帶走物料，進(jìn)入傾斜段后在接近休止角傾角下物料必然大量回流，效率大大降低，回流物料堆積于彎曲段，增加刮板鏈條的磨損及動(dòng)力的消耗。物料堆積到一定程度后，不但鏈條磨損嚴(yán)重，同時(shí)電流上升，刮板也在彎曲段變形。雖然彎曲段設(shè)有一個(gè)導(dǎo)鏈裝置，但是間隙大，刮板磨損快，浮鏈現(xiàn)象也并沒有得到遏制。一般情況下鏈條浮鏈傾向雖然不是很大，但對(duì)料流的影響卻很大，即鏈條下的物料對(duì)刮板間的物料摩擦力較大，不利于出料。

2.3 功率核算和鏈條強(qiáng)度計(jì)算

為了更準(zhǔn)確地分析問題，需結(jié)合理論校驗(yàn)設(shè)備的功率和鏈條強(qiáng)度。

2.3.1 功率核算

原設(shè)計(jì)已知參數(shù)如下：機(jī)槽承載高度h=250 mm；機(jī)槽寬度B=250 mm；加料口中心到尾輪中心距離L0=910 mm；水平段長度L1=2 890 mm；傾斜段投影距離L2=3 410 mm；彎曲段半徑R=1 500 mm；提升高度H0=1 380 mm；傾斜角度α=24°；套筒滾子鏈鏈條單位長度質(zhì)量G=12.5 kg/m；物料單位長度質(zhì)量GV=60 kg/m。輸送機(jī)簡圖如圖1所示。

圖1 輸送機(jī)簡圖

由于原設(shè)計(jì)角度小于26°，且H0≤0.5L2，根據(jù)最小張力點(diǎn)位置，可以采用如下公式進(jìn)行張力計(jì)算：

式中T1——刮板鏈條繞入頭輪時(shí)的張力，N；

T2——刮板鏈條繞出頭輪時(shí)的張力，N；

G——刮板鏈條單位長度質(zhì)量，kg/m；

g——重力加速度，g=9.81 m/s2；

GV——物料單位長度質(zhì)量，kg/m；

E——彎道系數(shù)值 （結(jié)合工況確定，刮板鏈條對(duì)底板或支承導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)f′=0.5時(shí)， E=1.242）；

L0——加料口中心到尾輪中心距離，m；

L1——水平段長度，m；

L2——傾斜段投影距離，m；

m——水平輸送時(shí)物料對(duì)機(jī)槽的阻力系數(shù)；

f——物料摩擦系數(shù)，f=tanφ,φ為物料內(nèi)摩擦角；

f1——物料對(duì)殼體的摩擦系數(shù)，f1=tanφ1,φ1為物料外摩擦角；

λ——物料對(duì)側(cè)壁的側(cè)壓系數(shù)，λ=0.406；

h——機(jī)槽承載高度，m；

B——機(jī)槽寬度，m；

H0——提升高度，m。

將有關(guān)數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算得：

T1=6 733 N

T2=0 N

采用直接計(jì)算法：

式中N——驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算值，kW；

Km——電機(jī)功率備用系數(shù)，取值1.3；

v——刮板鏈條實(shí)際運(yùn)行速度，m/s；

ηm——傳動(dòng)效率，開式傳動(dòng)該工況取值0.8。

選用電機(jī)功率N電≥N=1.1 kW。

為了更準(zhǔn)確地貼近實(shí)際值，以疊加法進(jìn)行復(fù)核，得N=1.4 kW。通過復(fù)核可以看出，不同的方法其結(jié)果都存在一定的誤差。但可以認(rèn)為，該設(shè)備在正常工況下實(shí)際使用的電機(jī)功率小于2.2 kW，因此選用2.2 kW電機(jī)可以滿足正常使用要求。原設(shè)計(jì)電機(jī)功率為3 kW，由此看出原設(shè)計(jì)考慮了特殊的苛刻工況，留有較大的富裕量?？梢源_定該電機(jī)功率完全滿足使用要求。

2.3.2 鏈條強(qiáng)度計(jì)算

由于實(shí)際運(yùn)行中設(shè)備多次出現(xiàn)斷鏈現(xiàn)象，故對(duì)鏈條進(jìn)行校核。該鏈條以低速傳動(dòng)，且載荷較大，故采用靜強(qiáng)度計(jì)算：

式中Q——鏈條極限拉伸載荷，N；

Ft——有效圓周力，N；

[n]——許用安全系數(shù)， 該工況較為惡劣且工位重要，據(jù)經(jīng)驗(yàn)安全系數(shù)取6。

經(jīng)查手冊(cè)，確定鏈條的工作情況系數(shù)為1.5。假定選用2.2 kW的電機(jī)，正常工況下滾子鏈的設(shè)計(jì)功率Pd為3.3 kW，其有效圓周力Ft為33 kN，代入式 （5）計(jì)算得出安全系數(shù)n為3.818，在該工況下此安全系數(shù)n相對(duì)較小。原設(shè)計(jì)在電機(jī)功率滿負(fù)荷的情況下，其安全系數(shù)n僅為2.8，這樣瞬時(shí)過載時(shí)鏈條在最薄弱環(huán)節(jié)被拉斷的幾率較大，運(yùn)行中出現(xiàn)大塊物料卡死等各種不確定因素時(shí)鏈條破斷也就成為必然。

2.4 失效分析

經(jīng)過功率核算、鏈條強(qiáng)度計(jì)算不難看出，原設(shè)計(jì)中存在一系列較大的問題。鏈條和刮板是埋刮板輸送機(jī)的運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)，然而其選用的不合理性卻很突出。此物料使用套筒滾子鏈，但鏈條關(guān)節(jié)?？ㄋ溃陬^輪處浮鏈現(xiàn)象相繼顯現(xiàn)，使導(dǎo)軌與鏈條間的摩擦力增大；較大的傾角下并未采用隔板設(shè)計(jì)，物料回流堆積于彎曲段，易在導(dǎo)向裝置處形成阻塞，同時(shí)對(duì)鏈條造成較大的磨損；經(jīng)過長時(shí)間磨損的鏈條其抗拉強(qiáng)度自然降低，當(dāng)物料在某處卡死后，電機(jī)在滿載負(fù)荷下產(chǎn)生的拉力足以導(dǎo)致鏈條斷裂，所以會(huì)出現(xiàn)鏈條斷裂而電機(jī)并未發(fā)熱毀壞的不正常現(xiàn)象。用戶在屢次出現(xiàn)斷鏈的情況下，為了保護(hù)電機(jī)和鏈條，更改原設(shè)計(jì)的鏈傳動(dòng)為皮帶傳動(dòng)，雖保護(hù)了電機(jī)和鏈條，但皮帶打滑成為必然，物料無法正常輸送，上一工序的設(shè)備無法正常運(yùn)行。

3 施工方案設(shè)計(jì)

由于原設(shè)計(jì)存在一系列較大的問題，同時(shí)考慮到多方面因素，原設(shè)備不予改造，按照?qǐng)?bào)廢處理。針對(duì)該工位的埋刮板輸送機(jī)工況，實(shí)施以下主要措施：

（1）輸送機(jī)鏈條采用模鍛鏈即叉型鏈，該鏈具有強(qiáng)度高、承載能力大、結(jié)構(gòu)簡單、拆裝簡便等特點(diǎn)。

（2）刮板設(shè)計(jì)采用外向式框架形設(shè)計(jì)方案，通過彎道時(shí)空間逐漸增大，通過彎道后恢復(fù)原樣，使其具備了運(yùn)行阻力小、輸送能力大、運(yùn)行平穩(wěn)、磨損小和噪音小的特性。

（3）殼體內(nèi)鋪設(shè)耐磨軌道，鏈條在軌道上運(yùn)行；殼體設(shè)計(jì)為不等空間形式，下腔體承載高度降低。

（4）物料的流動(dòng)性較好且傾斜角幾乎等同于休止角，為防止物料回流在提升段設(shè)置隔板，運(yùn)行時(shí)物料形成料柱在卸料口卸出，輸送效率大大提高。

3.1 確定功率

將已知參數(shù)代入式（1）～式（4），經(jīng)數(shù)據(jù)整理并考慮經(jīng)濟(jì)性，采用原電機(jī)完全滿足運(yùn)行要求，即電機(jī)功率P=3 kW。

3.2 確定鏈速

為了簡化計(jì)算，由概略計(jì)算法可知：

式中Q——質(zhì)量輸送量，t/h；

ρ——物料的堆積密度，t/m3；

η——輸送效率，查手冊(cè)知η=55%。設(shè)計(jì)承載高度h=0.15 m，在最小的質(zhì)量輸送量Qmin為6 t/h時(shí)，確定鏈速為v=0.11 m/s，實(shí)際物料質(zhì)量輸送量Q=7.84 t/h，符合使用要求。

3.3 校核鏈條安全系數(shù)

選用MS25型模鍛鏈，其最小抗拉載荷為234 kN。同理將有關(guān)數(shù)據(jù)代入式 （5）計(jì)算，得出安全系數(shù)n為5.72，在該工況下此安全系數(shù)n適宜，滿足運(yùn)行要求。

4 結(jié)語

綜上所述，非標(biāo)準(zhǔn)布置型式埋刮板輸送機(jī)的設(shè)計(jì)必須根據(jù)不同的物料及工藝要求有針對(duì)性地制定設(shè)計(jì)方案，其中輸送鏈條型式、刮板布置型式以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的選擇是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。優(yōu)良的設(shè)計(jì)不僅使設(shè)備具有高的使用壽命及輸送效率，而且可避免常見的設(shè)備故障，達(dá)到檢修次數(shù)少、維修費(fèi)用低、操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度小的良好效果。本文對(duì)原設(shè)備設(shè)計(jì)上的不合理性進(jìn)行了分析，并結(jié)合我方設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了理論校核，可為非標(biāo)準(zhǔn)布置型式埋刮板輸送機(jī)的設(shè)計(jì)提供一定的參考。

[1]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) [M].第4版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[2]王鷹.連續(xù)輸送機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) [M].北京：中國鐵道出版社，2001.

[3]張榮善.散料輸送與貯存 [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1994.

[4]梁庚煌.運(yùn)輸機(jī)械手冊(cè)：第2冊(cè) [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1983.

Running Failure Analysis and Design of Nonstandard Layout Buried Scraper Conveyor

Hu Haifeng Lei Weiyue

This paper systematically analyzed conveyor chain breaking and poorly discharging of nonstandard layout buried scraper conveyor， and changed the design combining actual working condition。 It also analyzed problems of original design，and fundamentally solved the problems that affected the normal operation of equipment,which could provide certain reference for design of nonstandard conveying equipment.

buried scraper conveyor； Chain； Chain breaking； Recycles； Failure analysis

TQ 051.2

*胡海峰，男，1984年生，工程師。三門峽市，472000。

2011-06-16）