胡海峰 雷威躍

（三門峽高新機械有限公司） （三門峽化工機械有限公司)

非標(biāo)準布置型式埋刮板輸送機運行失效分析及設(shè)計

胡海峰*雷威躍

（三門峽高新機械有限公司） （三門峽化工機械有限公司)

針對鍋爐配套設(shè)備非標(biāo)準布置型式埋刮板輸送機運行中出現(xiàn)的輸送鏈斷開、出料不暢現(xiàn)象進行系統(tǒng)的分析，并結(jié)合實際工況對原設(shè)計進行更改。分析了原設(shè)計中出現(xiàn)的問題，從設(shè)計上根本性地解決了影響設(shè)備正常運行的問題，可為非標(biāo)輸送設(shè)備的設(shè)計提供一定的參考。

埋刮板輸送機 鏈條 斷鏈 返料 失效分析

0 前言

埋刮板輸送機是一種在封閉的矩形斷面的殼體內(nèi)，借助于運動著的刮板鏈條連續(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)動裝置及張緊裝置等部件組成。與螺旋輸送機和斗式提升機相比，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、運行平穩(wěn)、操作易實現(xiàn)自動控制、能多點加料和卸料等優(yōu)點，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、機械、輕工、電站等部門的設(shè)備配套，可輸送揚塵大、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，冷渣機出料口的埋刮板輸送機出現(xiàn)故障，物料在其箱體內(nèi)堆積并導(dǎo)致輸送鏈多次斷鏈，嚴重影響了冷渣機的出料。維修后設(shè)備正常運行的時間較短，因此該化工廠暫時采用帶式輸送機輸送爐渣，導(dǎo)致現(xiàn)場環(huán)境污染較大。本文針對該型式輸送機的運行缺陷進行分析，并對該冷渣機出料口埋刮板輸送機的合理設(shè)計進行闡述，可為鍋爐配套設(shè)備——冷渣機出料口埋刮板輸送機的優(yōu)化設(shè)計提供參考。

1 設(shè)備簡介

該埋刮板輸送機為鍋爐配套設(shè)備，用于將來自多個冷渣機出料口的爐渣輸送到指定的出渣位置，實現(xiàn)多點加料和卸料。鍋爐系統(tǒng)中多臺冷渣機出料口為同一水平高度，埋刮板輸送機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卸料口處的運輸車車斗內(nèi)，即實現(xiàn)水平多點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)計手冊將其定義為非標(biāo)準布置型式埋刮板輸送機或復(fù)合型埋刮板輸送機。非標(biāo)準布置型式埋刮板輸送機有兩種形式，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)準布置型式埋刮板輸送機，它是近幾年來為滿足生產(chǎn)工藝需要而開發(fā)設(shè)計的新產(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)

原輸送機技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 原輸送機技術(shù)參數(shù)

該設(shè)備所在生產(chǎn)線投產(chǎn)運行后，最初原設(shè)備出料斷斷續(xù)續(xù)，繼而出現(xiàn)較大震動和響聲，電流上升較大。操作工停車清理后，設(shè)備繼續(xù)運行，一段時間后輸送鏈鏈條變形并斷鏈。設(shè)備大修時打開埋刮板輸送機上蓋后發(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重；返料嚴重并在彎曲段物料堆積形成一個瓶頸，進料依次堆積。此外，設(shè)備運行時出料較少且斷續(xù)，偶爾夾雜有較大的顆粒。大修之后，設(shè)備運行一段時間再次出現(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裝置。運行時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)備冷渣機的運行。經(jīng)多方考慮后使用廠家采用了敞口皮帶機輸送，雖滿足了輸送要求，但卻帶來了周圍環(huán)境的嚴重污染。針對以上情況，我方考察了現(xiàn)場并對積料、浮鏈、回流、斷鏈現(xiàn)象進行分析，找出了導(dǎo)致設(shè)備運行故障的原因。2010年12月下旬我公司生產(chǎn)的非標(biāo)準布置型式埋刮板輸送機現(xiàn)場安裝試車，試車中物料出料連續(xù)且平穩(wěn)。至今該機已運行了半年，一直較為穩(wěn)定，且鏈條磨損較小，贏得了客戶的好評。

2 故障分析

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

2.1 鏈條選用不合理

原設(shè)計鏈條為糧食輸送機鏈條，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)計考慮到該物料不適宜中高速運行而采用了低速運行，就鏈條的選用顯然也是不適宜的。在實際運行中，由于該物料為粉狀，細粉塵會嵌入到套筒滾子中，導(dǎo)致鏈條關(guān)節(jié)卡死，使其失去套筒滾子鏈的優(yōu)點，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。該物料為自由流動的物料，在傾斜輸送的情況下其流動性更好。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)計結(jié)構(gòu)簡單，運行時雖鏈條水平段完全能帶走物料，進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力的消耗。物料堆積到一定程度后，不但鏈條磨損嚴重，同時電流上升，刮板也在彎曲段變形。雖然彎曲段設(shè)有一個導(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，但對料流的影響卻很大，即鏈條下的物料對刮板間的物料摩擦力較大，不利于出料。

2.3 功率核算和鏈條強度計算

為了更準確地分析問題，需結(jié)合理論校驗設(shè)備的功率和鏈條強度。

2.3.1 功率核算

原設(shè)計已知參數(shù)如下：機槽承載高度h=250 mm；機槽寬度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。輸送機簡圖如圖1所示。

圖1 輸送機簡圖

由于原設(shè)計角度小于26°，且H0≤0.5L2，根據(jù)最小張力點位置，可以采用如下公式進行張力計算：

式中T1——刮板鏈條繞入頭輪時的張力，N；

T2——刮板鏈條繞出頭輪時的張力，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，刮板鏈條對底板或支承導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)f′=0.5時， 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——水平輸送時物料對機槽的阻力系數(shù)；

f——物料摩擦系數(shù)，f=tanφ,φ為物料內(nèi)摩擦角；

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

λ——物料對側(cè)壁的側(cè)壓系數(shù)，λ=0.406；

h——機槽承載高度，m；

B——機槽寬度，m；

H0——提升高度，m。

將有關(guān)數(shù)據(jù)代入公式計算得：

T1=6 733 N

T2=0 N

采用直接計算法：

式中N——驅(qū)動功率的計算值，kW；

Km——電機功率備用系數(shù)，取值1.3；

v——刮板鏈條實際運行速度，m/s；

ηm——傳動效率，開式傳動該工況取值0.8。

選用電機功率N電≥N=1.1 kW。

為了更準確地貼近實際值，以疊加法進行復(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。但可以認為，該設(shè)備在正常工況下實際使用的電機功率小于2.2 kW，因此選用2.2 kW電機可以滿足正常使用要求。原設(shè)計電機功率為3 kW，由此看出原設(shè)計考慮了特殊的苛刻工況，留有較大的富裕量?？梢源_定該電機功率完全滿足使用要求。

2.3.2 鏈條強度計算

由于實際運行中設(shè)備多次出現(xiàn)斷鏈現(xiàn)象，故對鏈條進行校核。該鏈條以低速傳動，且載荷較大，故采用靜強度計算：

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)驗安全系數(shù)取6。

經(jīng)查手冊，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，正常工況下滾子鏈的設(shè)計功率Pd為3.3 kW，其有效圓周力Ft為33 kN，代入式 （5）計算得出安全系數(shù)n為3.818，在該工況下此安全系數(shù)n相對較小。原設(shè)計在電機功率滿負荷的情況下，其安全系數(shù)n僅為2.8，這樣瞬時過載時鏈條在最薄弱環(huán)節(jié)被拉斷的幾率較大，運行中出現(xiàn)大塊物料卡死等各種不確定因素時鏈條破斷也就成為必然。

2.4 失效分析

經(jīng)過功率核算、鏈條強度計算不難看出，原設(shè)計中存在一系列較大的問題。鏈條和刮板是埋刮板輸送機的運動環(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?，在頭輪處浮鏈現(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，物料回流堆積于彎曲段，易在導(dǎo)向裝置處形成阻塞，同時對鏈條造成較大的磨損；經(jīng)過長時間磨損的鏈條其抗拉強度自然降低，當(dāng)物料在某處卡死后，電機在滿載負荷下產(chǎn)生的拉力足以導(dǎo)致鏈條斷裂，所以會出現(xiàn)鏈條斷裂而電機并未發(fā)熱毀壞的不正?，F(xiàn)象。用戶在屢次出現(xiàn)斷鏈的情況下，為了保護電機和鏈條，更改原設(shè)計的鏈傳動為皮帶傳動，雖保護了電機和鏈條，但皮帶打滑成為必然，物料無法正常輸送，上一工序的設(shè)備無法正常運行。

3 施工方案設(shè)計

由于原設(shè)計存在一系列較大的問題，同時考慮到多方面因素，原設(shè)備不予改造，按照報廢處理。針對該工位的埋刮板輸送機工況，實施以下主要措施：

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

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

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

（4）物料的流動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，運行時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)濟性，采用原電機完全滿足運行要求，即電機功率P=3 kW。

3.2 確定鏈速

為了簡化計算，由概略計算法可知：

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，查手冊知η=55%。設(shè)計承載高度h=0.15 m，在最小的質(zhì)量輸送量Qmin為6 t/h時，確定鏈速為v=0.11 m/s，實際物料質(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，滿足運行要求。

4 結(jié)語

綜上所述，非標(biāo)準布置型式埋刮板輸送機的設(shè)計必須根據(jù)不同的物料及工藝要求有針對性地制定設(shè)計方案，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)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。優(yōu)良的設(shè)計不僅使設(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，達到檢修次數(shù)少、維修費用低、操作人員勞動強度小的良好效果。本文對原設(shè)備設(shè)計上的不合理性進行了分析，并結(jié)合我方設(shè)計方案進行了理論校核，可為非標(biāo)準布置型式埋刮板輸送機的設(shè)計提供一定的參考。

[1]成大先.機械設(shè)計手冊 [M].第4版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[2]王鷹.連續(xù)輸送機械設(shè)計手冊 [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.運輸機械手冊：第2冊 [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）