布置形式對(duì)埋刮板輸送機(jī)性能的影響

吳 畏

(山東凱斯達(dá)機(jī)械制造有限公司，山東濟(jì)寧 272000)

摘要由于使用工況、布置形式、選型及設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的不合理，造成設(shè)備運(yùn)行性能的不穩(wěn)定并且易產(chǎn)生故障，給正常生產(chǎn)帶來(lái)極大的困擾。線速度相同的情況下，由于布置形式的不同造成輸送鏈的內(nèi)部張力不同。當(dāng)水平輸送距離增加時(shí)，輸送鏈的內(nèi)部張力呈正比例近似線性增加的趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞布置形式；內(nèi)部張力；水平輸送距離

中圖分類號(hào)S226.9

作者簡(jiǎn)介吳畏(1987- )，男，工程師，碩士，從事糧油機(jī)械的設(shè)計(jì)工作。

收稿日期2015-06-03

Influence of Layout Form to Embedded Scraper Conveyor Performance

WU Wei (Shandong ChemSta Machinery Manufacturing Co. Ltd., Jining, Shandong 272000)

AbstractInappropriate working conditions, layout, model selection and design structure cause unstable equipment performance and high malfunction rate, and bring great difficulties to normal production. In case of the same linear velocity, internal tension of conveyor chain will be different because of the different layout. Following the extension of horizontal conveying distance, internal tension of conveyor chain will be increased in direct proportion, similar to linear increase.

Key words Layout form; Internal tension; Horizontal conveying distance

埋刮板輸送機(jī)由于機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布置靈活，被廣泛應(yīng)用于糧食深加工、飼料、礦山等行業(yè)。但由于使用工況、布置形式、選型及設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)等多方面的原因，并且在設(shè)計(jì)階段、制作階段、安裝階段、調(diào)試階段和正常運(yùn)轉(zhuǎn)階段的種種不合理因素，造成設(shè)備運(yùn)行性能的不穩(wěn)定并且易產(chǎn)生故障，給正常生產(chǎn)帶來(lái)極大的困擾。現(xiàn)就布置形式的不同對(duì)整機(jī)運(yùn)行所造成的影響為角度進(jìn)行理論結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)分析，以減少此方面的相關(guān)因素所帶來(lái)的不良影響。

案例①：2011年在山東沂水縣200 t/d大豆浸出油脂生產(chǎn)線上，自浸出器浸出工段完畢的大豆粕片進(jìn)入埋刮板輸送機(jī)后，電流出現(xiàn)間歇式升高的現(xiàn)象，調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率不能解決電流升高的問(wèn)題。開(kāi)機(jī)生產(chǎn)運(yùn)行6個(gè)月時(shí)間一直處于此狀態(tài)，待停機(jī)檢修時(shí)采取更換動(dòng)力配置嘗試解決此現(xiàn)象。

案例②：同年在河北省邯鄲市200 t/d大豆浸出油脂生產(chǎn)線上，工段相同的埋刮板輸送機(jī)自調(diào)試之日起一直運(yùn)轉(zhuǎn)良好，動(dòng)力配置且各項(xiàng)工藝指標(biāo)均相同。

案例③：2013年山東臨沂20 000 t/a蛋白粉生產(chǎn)線上，自浸出器工段浸出完畢的粉料進(jìn)入埋刮板后，電流居高不下。一月有余，減速機(jī)外殼出現(xiàn)裂痕，主傳動(dòng)軸圓周跳動(dòng)嚴(yán)重。停機(jī)檢修，將主傳動(dòng)軸材質(zhì)更換，減速機(jī)功率增大，問(wèn)題消失，現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)良好。

案例④：2013年新疆庫(kù)爾勒600 t/d棉籽蛋白醇提生產(chǎn)線上，自萃取器出料的脫酚棉蛋白經(jīng)埋刮板輸送機(jī)提升至下一步AB筒內(nèi)進(jìn)行蒸脫干燥。調(diào)試初運(yùn)行階段電流略微升高，后降低電機(jī)頻率至35 Hz后運(yùn)行逐步趨于平穩(wěn)?，F(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，但輸送量?jī)H夠維持正常生產(chǎn)，增產(chǎn)要求不能滿足，需更換更大功率動(dòng)力。

1基于案例的要素分析

通過(guò)以上幾個(gè)案例可以得知，正常生產(chǎn)過(guò)程中，整機(jī)運(yùn)行是否正常，通常比較直觀表現(xiàn)形式為電流是否穩(wěn)定。在電機(jī)功率為額定值不變的前提下，電流的升高，代表著輸送機(jī)的運(yùn)行存在隱患，究其原因，主要有以下2個(gè)方面：

(1)動(dòng)力不足；

(2)其他非正常工況作用力的干涉。

由于使用工況、布置形式、選型及設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)等多方面的原因，并且在設(shè)計(jì)階段、制作階段、安裝階段、調(diào)試階段和正常運(yùn)轉(zhuǎn)階段的種種不合理因素，造成設(shè)備運(yùn)行性能的不穩(wěn)定并且易產(chǎn)生故障。這些故障都是不可控的因素，但與生產(chǎn)管控，資金實(shí)力等等均有密切的聯(lián)系。排除非正常作用力的因素，在沂水項(xiàng)目大豆深加工生產(chǎn)線上，發(fā)生電流升高現(xiàn)象，更換動(dòng)力后此問(wèn)題解決；但是同樣產(chǎn)量的生產(chǎn)線在河北邯鄲項(xiàng)目未發(fā)生相應(yīng)問(wèn)題，設(shè)備選型、結(jié)構(gòu)及線速度等因素均相同，唯一不同點(diǎn)在于兩輸送機(jī)的布置形式不同，沂水項(xiàng)目由于前期工段的限制，在埋刮板輸送機(jī)的進(jìn)料段前為箱鏈?zhǔn)浇銎?，寬度較寬，浸出工序完成后落料進(jìn)入輸送機(jī)中，造成輸送機(jī)平段布置較長(zhǎng)；邯鄲項(xiàng)目中前段浸出工序?yàn)槠睫D(zhuǎn)式浸出器，落料口較短，進(jìn)料后直接提升，輸送機(jī)水平段較短，且提升角度較之沂水項(xiàng)目的??；臨沂項(xiàng)目前段工序與沂水項(xiàng)目相同，但是經(jīng)埋刮板輸送機(jī)提升后進(jìn)入的后段工序與前兩案例不同，由于設(shè)備布置的限制，提升高度較高，提升角度也大；新疆項(xiàng)目采用與臨沂項(xiàng)目同樣的生產(chǎn)工藝，提升高度和提升角度均較大。

基于對(duì)以上幾個(gè)案例的分析，發(fā)現(xiàn)在結(jié)構(gòu)相同的情況下，物料的性質(zhì)大致相近，受空間、前后工段工藝限制，輸送機(jī)的布置形式有很大的不同。所以以布置形式不同對(duì)埋刮板輸送機(jī)性能影響為主要研究對(duì)象進(jìn)行理論分析進(jìn)行理論分析。

查閱文獻(xiàn)得知功率的計(jì)算公式為：

P=[K×(T×v)/(1 000×η)]

(1)

式中：P—驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算值；K—電機(jī)功率備用系數(shù)；T—輸送鏈的內(nèi)部張力；v—輸送鏈的線速度；η—傳動(dòng)系統(tǒng)的效率系數(shù)。

由公式(1)可知，在各種系數(shù)均為定值的前提下，線速度v和輸送鏈的內(nèi)部張力T是決定功率數(shù)值大小的主要因素。

分析以上實(shí)際工程案例可知，在線速度相同的情況下，由于布置形式的不同造成輸送鏈的內(nèi)部張力不同。下面就輸送鏈的內(nèi)部張力進(jìn)行具體分析。

圖1　鏈條繞入頭輪仿真

2輸送鏈內(nèi)部張力的計(jì)算

由圖1可知，對(duì)于C型輸送機(jī)的輸送鏈內(nèi)部張力，分別由繞入頭輪的T1和繞出頭輪的T2組成，而輸送鏈的內(nèi)部張力，即為繞入頭輪的T1和繞出頭輪的T2組成。即：

T=T1-T2

(2)

分析圖1可知，T1為輸送鏈的自重與物料的重量之和；T2為拋料后的自然下垂張力，主要為輸送鏈的自重現(xiàn)對(duì)T1、T2分別進(jìn)行計(jì)算(見(jiàn)圖2)。

T1=G(3.2f′L1E+f′L2+H)+Gv[(1.7L0E+1.5L1E+L2)(f+x)+HK

(3)

T2=G(H-f′L2)

(4)

圖2　內(nèi)部張力建模

式中：G—鏈條單位質(zhì)量；f’—鏈條與腔體之間的摩擦力；L0—落料口回料的輸送長(zhǎng)度；L1—水平段的輸送長(zhǎng)度；L2—提升段的水平輸送長(zhǎng)度；H—提升段的垂直輸送長(zhǎng)度；E—彎道系數(shù)；Gv—物料的單位質(zhì)量；f—物料之間的內(nèi)摩擦系數(shù)；x—物料與腔體之間的摩擦系數(shù)；k—物料對(duì)于腔體之間的測(cè)壓系數(shù)。

3系統(tǒng)建模分析

3.1單因素建模分析

3.1.1在提升高度不變的前提下，加長(zhǎng)水平段的長(zhǎng)度對(duì)整機(jī)功率的影響。

首先必須分析在提升角度、提升高度均不變的情況下，水平段伸長(zhǎng)對(duì)于整機(jī)功率的影響。

假設(shè)：L2=10 m，H=10 m，α=45°，按照公式(1)、(3)、(4)代入各數(shù)值進(jìn)行建模，設(shè)置(L1)的數(shù)值依次遞增，可以得到表1的數(shù)據(jù)。

表1　水平段長(zhǎng)度的變化影響功率的建模數(shù)據(jù)

按照表1建模所得數(shù)據(jù)分析可知，在水平段增加的情況下，輸送鏈繞出頭輪的張力T2并未得到增加，水平段加長(zhǎng)所帶來(lái)的載重負(fù)荷全部體現(xiàn)在繞入頭輪的張力T1上，而繞入頭輪的張力T1包括輸送鏈的自重和輸送物料的重量。所以水平段的增長(zhǎng)對(duì)整機(jī)功率的影響較大。由表3可以繪制水平段增長(zhǎng)長(zhǎng)度與整機(jī)功率的參數(shù)關(guān)系曲線(圖3)。

3.1.2在水平長(zhǎng)度不變的前提下，加大提升高度對(duì)整機(jī)功率的影響。由圖2可知，當(dāng)水平段長(zhǎng)度L1不變的前提下，如果想要增加提升高度H的數(shù)值，勢(shì)必會(huì)對(duì)提升角度α造成影響。所以需分2種情況進(jìn)行討論。

(1)在保持水平段長(zhǎng)度L1不變的前提下，增加提升高度H并且隨之增加提升角度α：

假設(shè)：L1=5 m，則代入公式(2)、(3)、(4)進(jìn)行建模，設(shè)置提升高度H的數(shù)值依次遞增，得到的計(jì)算數(shù)據(jù)(表2)。

圖3　水平段長(zhǎng)度與功率關(guān)系曲線

序號(hào)提升高度H∥m提升角度α∥°繞入頭輪張力T1∥N繞出頭輪張力T2∥N輸送鏈內(nèi)張力T∥N動(dòng)力所需功率P∥kW建模154517306.8851.716455.15.64建模2106326798.61853.824944.88.55建模3157135969.22855.833113.411.35建模4207544727.13857.940869.214.10建模5257853484.94859.948624.916.67

圖4　提升高度與功率關(guān)系曲線

由表2建模分析可知，當(dāng)提升高度H伴隨著提升角度α增大時(shí)，輸送鏈在繞入頭輪張力T1和繞出頭輪張力T2均有不同程度的增加。根據(jù)公式(2)得出的輸送鏈整體內(nèi)張力也有所增加。根據(jù)表(2)所計(jì)算的數(shù)值，可以繪制提升高度H伴隨著提升角度α增大時(shí)對(duì)整機(jī)功率變化影響的曲線關(guān)系，如圖4所示。

(2)在保持水平段長(zhǎng)度L1和提升角度α不變的前提下，增加提升高度H并且隨之增加提升段水平長(zhǎng)度L2：

假設(shè)：L1=5 m，提升角度α=45°，則代入公式(2)、(3)、(4)進(jìn)行建模，設(shè)置提升高度H的數(shù)值依次遞增，得到的計(jì)算數(shù)據(jù)見(jiàn)表(3)。

由表3建模分析可知，當(dāng)提升高度H伴隨著提升段水平長(zhǎng)度L2增大時(shí)，輸送鏈在繞入頭輪張力T1和繞出頭輪張力T2均有不同程度的增加。根據(jù)公式(2)得出的輸送鏈整體內(nèi)張力也有所增加。根據(jù)表2所計(jì)算的數(shù)值，可以繪制提升高度H伴隨著提升段水平長(zhǎng)度L2增大時(shí)對(duì)整機(jī)功率變化影響的曲線關(guān)系，如圖5所示。

表3　提升高度伴隨提升水平長(zhǎng)度的變化影響功率的建模數(shù)據(jù)

圖5　提升高度與功率關(guān)系曲線

3.1.3對(duì)以上3種單因素情況的分析。由圖3、4、5可知，對(duì)于因水平段長(zhǎng)度增加或者提升段長(zhǎng)度增加所造成的整機(jī)功率的增加，均可以近似的認(rèn)為是一種線性的增長(zhǎng)關(guān)系。對(duì)與線性增長(zhǎng)的曲線，計(jì)算圖3所作直線K1，圖4所作直線K2，圖5所作直線K3，可以得出下表4：

表4　單因素參數(shù)變化對(duì)整機(jī)功率影響的比較

由表4可以得知，對(duì)于3種單因素的影響，K1>K2>K3；其中，K2與K3的變化率較之K1相近。所以可以認(rèn)為：水平段長(zhǎng)度的增加對(duì)于整機(jī)功率影響較大；提升高度的增加在布置上無(wú)論采用改變提升角度還是改變提升段水平長(zhǎng)度的方式對(duì)于功率的影響較為相似。

3.2多因素建模分析在分析完單因素對(duì)于整機(jī)功率的變化影響后，對(duì)于前后工段限制的情況，改變整機(jī)的布置對(duì)于功率的影響依然要進(jìn)行分析。也就是在進(jìn)料和出料口位置不變的前提下，改變水平段和提升段的相對(duì)位置對(duì)整機(jī)功率的影響分析。

對(duì)除長(zhǎng)度之外的各類參數(shù)進(jìn)行建模分析。假設(shè)：

輸送機(jī)的水平輸送長(zhǎng)度L1+L2=20 m；

提升的垂直高度H=20 m；

由于在單因素分析中，水平段長(zhǎng)度的增加對(duì)于整機(jī)功率的影響較大，所以基于水平段長(zhǎng)度的變化得出在固定工位調(diào)整整機(jī)布置對(duì)于功率變化數(shù)值如表5所示。

表5　固定工位調(diào)整整機(jī)布置對(duì)功率變化的數(shù)值

由表5可知，當(dāng)水平段長(zhǎng)度L1逐步增大時(shí)分別對(duì)應(yīng)了提升角度α和提升段水平長(zhǎng)度L2的數(shù)值變化，從而影響到整機(jī)功率的變化。根據(jù)表中水平段長(zhǎng)度變化的數(shù)值與整機(jī)功率變化數(shù)值的關(guān)系，得出曲線如圖6所示。

圖6　水平段長(zhǎng)度L 1與整機(jī)功率變化曲線

將圖6中曲線看作近似線性去分析，得到曲線的變化率為K4=3.07。對(duì)比“3.1.3”中所得結(jié)論，得知在固定工位調(diào)整整機(jī)布置形式，水平段長(zhǎng)度的變化對(duì)功率的影響僅略小于單獨(dú)因素下水平段長(zhǎng)度增長(zhǎng)的情況。

4結(jié)論

由以上分析可以得出以下幾個(gè)結(jié)論：

(1)在保證滿足進(jìn)料位置的前提下，布置輸送機(jī)時(shí)盡量減少水平段的長(zhǎng)度，對(duì)整機(jī)功率有較大益處；

(2)提升高度的增加在布置上無(wú)論采用改變提升角度還是改變提升段水平長(zhǎng)度的方式對(duì)于功率的影響較為相似；

(3)在固定工位調(diào)整整機(jī)布置形式和直接增加水平段長(zhǎng)度對(duì)于整機(jī)功率的影響相差不大。

參考文獻(xiàn)

[1] 王鷹.連續(xù)輸送機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)鐵道出版社，2001：352-442.