魯世軍
(重慶市船舶檢驗中心有限公司,重慶 400000)
順應時代的發(fā)展,高速公路、房地產(chǎn)的建設也跨入了一個新時代,河砂作為基礎建設的主要材料,需求量日益巨增。河砂運輸過去大多數(shù)采用重型卡車運輸方式,此運輸方式成本高,還容易出現(xiàn)砂石泄漏造成二次污染[1]。為了保證河砂供貨需求,船舶具有裝載量大,運輸成本低的優(yōu)勢,故研制開發(fā)載重量大,投資成本低,高效卸貨能力的自卸運砂船迫在眉睫。該船的技術難點在于皮帶運輸機的設計,本人曾經(jīng)從事過皮帶運輸機的設計、施工、實船回訪等相關工作[2]?,F(xiàn)將本人曾經(jīng)為實船設計過的自卸運砂船皮帶運輸機的設計思路做如下分析。
本皮帶運輸機系統(tǒng)由兩部分組成,分別為底艙皮帶運輸機和通岸皮帶運輸機,先由底艙皮帶運輸機將河砂由艙底輸出,運送到通岸皮帶運輸機上,再運送到岸上運砂車,其原始參數(shù)及物料特性如下:介質為河砂,松散密度ρ=1800kg/m3,輸送能力要求Q≥150t/h,安息角α=40°。
機長L=80.9m,其中水平段L=57.5m;傾斜段L=23.4m,高差H=7.3m。
傳動滾筒取φ500,電機轉速為1460r/min,減速機速比為31.50,由此得帶速v=(1460/31.50)×0.5π=46.35×0.5×3.14m/min=1.21m/s。
帶寬B=800mm,上托輥間距a0=1m,下托輥間距au=3m,上托輥槽角λ=35°,下托輥槽角0°。
1.3.1 圓周驅動力
由式:FU=CfLg[qRO+qRU+(2qB+qG)]+qGHg+FS1+FS2。
C——查得為2.0;f——模擬摩擦系數(shù),查得為0.025;L——輸送機長度80.9m;H——輸送機高度差7.3m。
查得上托輥φ108mm,L=315mm,軸承4G205,單個上輥轉動部分質量=3.53。
查得下托輥φ108mm,L=950mm,軸承4G205,單個下輥轉動部分質量=8.74。
計算qB。初選輸送帶棉帆布CC-56,Z=8 層。通過查詢,CC-56 輸送帶的每層質量1.36kg/m2,上膠厚δ1=3.0mm,下膠厚δ2=1.5mm。每毫米厚膠料質量1.19kg/m2,帶寬0.80m[3]。
圖1 艙底皮帶運輸計算
計算qG,由公式可得:
計算FS1、FS2。由于無導料槽和清掃器,F(xiàn)S1=0、FS2=0。
將上述數(shù)值代入公式中得:
1.3.2 傳動功率計算
式中:η1——傳動滾筒及聯(lián)軸器效率,取0.80。
1.4.1 限制輸送帶下垂度的最小張力
1.4.2 輸送帶工作時不打滑需保持的最小張力
按公式求起動時傳動滾筒上最大圓周力。
式中:KA——起動系數(shù),取1.5。
eμφ——尤拉系數(shù),取決于μ,φ,查得eμφ=1.39。
其中:μ——傳動滾筒和輸送帶之間的磨擦系數(shù),取0.10;φ——傳動滾筒的圍包角,取190°。
由F2min=25677.7(N),計算輸送機各點張力,忽略附加阻力,可得F6點張力。
則取F2=25677.7(N),可得穩(wěn)定工況下F1max=F2+FU=25677.7+6676.2=32353.9(N)。
1.4.3 輸送帶層數(shù)計算
式中:n——穩(wěn)定工況下輸送帶靜安全系數(shù),取11;σ——輸送帶縱向扯斷強度,取56,取8 層,與初選相同[4]。
底艙皮帶運輸機部分實際選用情況如下:電動機轉速1460r/min,功率15kW 為宜。
傳動滾筒選用φ500 傳動滾筒,滾筒表面為光面;減速器選用JZQ400-4-1,速比31.50。
機長L=25m,高度差H=5m。
傳動滾筒取φ320,電機轉速為1460r/min,轉速機速比:20.49,由此得帶速v=1460/20.49×0.32π=71.3×0.32×3.14m/min=1.193m/s。
帶寬B=650mm,上托輥間距a0=1m,下托輥間距au=3m,上托輥槽角λ=35°,下托輥槽角0°。
式中:S——輸送帶上物料的最大橫截面積,m2;由θ=(0.5~0.75)α,得θ=20°,查得S=0.0433;k——輸送機的傾角δ==11.5°,查得系數(shù)為0.935。
最大輸送能力Qmax=3.6×0.0433×1.193×0.935×1800=313.0t/h,滿足輸送能力要求,實船輸送能力取Q=200t/h。
2.3.1 圓周驅動力
由式FU=CfLg[qRO+qRU+(2qB+qG)]+qGHg+FS1+FS2。
C——查得為3.2;f——模擬摩擦系數(shù),查得為0.025;L——輸送機長度25m;H——輸送機高度差5m。
圖2 通岸皮帶運輸機精算
查得上托輥φ89mm,L=250mm,軸承4G204,單個上輥轉動部分質量=2.15。
查得下托輥φ89mm,L=750mm,軸承4G204,單個下輥轉動部分質量=5.79。
計算qB。初選輸送帶棉帆布CC-56,Z=5 層。通過查詢,CC-56 輸送帶的每層質量1.36kg/m2,上膠厚δ1=3.0mm,下膠厚δ2=1.5mm。每毫米厚膠料質量1.19kg/m2,帶寬0.65m。
計算qG,由公式得:
計算FS1、FS2。由于無導料槽和清掃器,F(xiàn)S1=0、FS2=0。
將上述數(shù)值代入公式中得:
2.3.2 傳動功率計算
式中:η1——傳動滾筒及聯(lián)軸器效率,取0.80。
2.4.1 限制輸送帶下垂度的最小張力
按公式求起動時傳動滾筒上最大圓周力:
式中:KA——起動系數(shù),取1.5。
其中:μ——傳動滾筒和輸送帶之間的磨擦系數(shù),取0.10;φ—傳動滾筒的圍包角,取200°。
由F2min=13098.6(N),計算輸送機各點張力,忽略附加阻力,可得F6點張力。
則取F2=13122.9(N),可得穩(wěn)定工況下F1max=F2+FU=13098.6+3667.6=16766(N)。
2.4.3 輸送帶層數(shù)計算
式中:n——穩(wěn)定工況下輸送帶靜安全系數(shù),取11;σ——輸送帶縱向扯斷強度,取56,取5 層,與初選相同[5]。
綜上所述,通岸皮帶運輸機推薦選用如下:電動機轉速1460r/min,功率7.5kW 為宜。傳動滾筒選用φ320傳動滾筒,滾筒表面為光面。減速器選用JZQ350-5-1,速比20.49(四川資陽市光達減速機制造有限公司)。該船出廠后運行情況良好,特別是皮帶運輸裝置各項技術指標令船東滿意,運營成本低、卸載砂石效率高、具有很強的市場競爭力。