魯世軍

（重慶市船舶檢驗(yàn)中心有限公司，重慶 400000）

0 引言

順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，高速公路、房地產(chǎn)的建設(shè)也跨入了一個(gè)新時(shí)代，河砂作為基礎(chǔ)建設(shè)的主要材料，需求量日益巨增。河砂運(yùn)輸過(guò)去大多數(shù)采用重型卡車運(yùn)輸方式，此運(yùn)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(yùn)輸成本低的優(yōu)勢(shì)，故研制開(kāi)發(fā)載重量大，投資成本低，高效卸貨能力的自卸運(yùn)砂船迫在眉睫。該船的技術(shù)難點(diǎn)在于皮帶運(yùn)輸機(jī)的設(shè)計(jì)，本人曾經(jīng)從事過(guò)皮帶運(yùn)輸機(jī)的設(shè)計(jì)、施工、實(shí)船回訪等相關(guān)工作[2]?，F(xiàn)將本人曾經(jīng)為實(shí)船設(shè)計(jì)過(guò)的自卸運(yùn)砂船皮帶運(yùn)輸機(jī)的設(shè)計(jì)思路做如下分析。

本皮帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)由兩部分組成，分別為底艙皮帶運(yùn)輸機(jī)和通岸皮帶運(yùn)輸機(jī)，先由底艙皮帶運(yùn)輸機(jī)將河砂由艙底輸出，運(yùn)送到通岸皮帶運(yùn)輸機(jī)上，再運(yùn)送到岸上運(yùn)砂車，其原始參數(shù)及物料特性如下：介質(zhì)為河砂，松散密度ρ=1800kg/m3，輸送能力要求Q≥150t/h，安息角α=40°。

1 底艙皮帶運(yùn)輸機(jī)的計(jì)算

1.1 初始設(shè)計(jì)參數(shù)

機(jī)長(zhǎng)L=80.9m，其中水平段L=57.5m；傾斜段L=23.4m，高差H=7.3m。

傳動(dòng)滾筒取φ500，電機(jī)轉(zhuǎn)速為1460r/min，減速機(jī)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°。

1.2 由帶寬、帶速驗(yàn)算輸送能力

1.3 驅(qū)動(dòng)力及所需傳動(dòng)功率計(jì)算

1.3.1 圓周驅(qū)動(dòng)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(jī)長(zhǎng)度80.9m；H——輸送機(jī)高度差7.3m。

查得上托輥φ108mm，L=315mm，軸承4G205，單個(gè)上輥轉(zhuǎn)動(dòng)部分質(zhì)量=3.53。

查得下托輥φ108mm，L=950mm，軸承4G205，單個(gè)下輥轉(zhuǎn)動(dòng)部分質(zhì)量=8.74。

計(jì)算qB。初選輸送帶棉帆布CC-56，Z=8 層。通過(guò)查詢，CC-56 輸送帶的每層質(zhì)量1.36kg/m2，上膠厚δ1=3.0mm，下膠厚δ2=1.5mm。每毫米厚膠料質(zhì)量1.19kg/m2，帶寬0.80m[3]。

圖1 艙底皮帶運(yùn)輸計(jì)算

計(jì)算qG，由公式可得：

計(jì)算FS1、FS2。由于無(wú)導(dǎo)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(dòng)功率計(jì)算

式中：η1——傳動(dòng)滾筒及聯(lián)軸器效率，取0.80。

1.4 輸送帶張力計(jì)算

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(shí)不打滑需保持的最小張力

按公式求起動(dòng)時(shí)傳動(dòng)滾筒上最大圓周力。

式中：KA——起動(dòng)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(dòng)滾筒和輸送帶之間的磨擦系數(shù)，取0.10；φ——傳動(dòng)滾筒的圍包角，取190°。

由F2min=25677.7（N），計(jì)算輸送機(jī)各點(diǎn)張力，忽略附加阻力，可得F6點(diǎn)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(jì)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(qiáng)度，取56，取8 層，與初選相同[4]。

底艙皮帶運(yùn)輸機(jī)部分實(shí)際選用情況如下：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1460r/min，功率15kW 為宜。

傳動(dòng)滾筒選用φ500 傳動(dòng)滾筒，滾筒表面為光面；減速器選用JZQ400-4-1，速比31.50。

2 通岸皮帶運(yùn)輸機(jī)的計(jì)算

2.1 初始設(shè)計(jì)參數(shù)

機(jī)長(zhǎng)L=25m，高度差H=5m。

傳動(dòng)滾筒取φ320，電機(jī)轉(zhuǎn)速為1460r/min，轉(zhuǎn)速機(jī)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°。

2.2 由帶寬、帶速驗(yàn)算輸送能力

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(jī)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(shí)船輸送能力取Q=200t/h。

2.3 驅(qū)動(dòng)力及所需傳動(dòng)功率計(jì)算

2.3.1 圓周驅(qū)動(dòng)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(jī)長(zhǎng)度25m；H——輸送機(jī)高度差5m。

圖2 通岸皮帶運(yùn)輸機(jī)精算

查得上托輥φ89mm，L=250mm，軸承4G204，單個(gè)上輥轉(zhuǎn)動(dòng)部分質(zhì)量=2.15。

查得下托輥φ89mm，L=750mm，軸承4G204，單個(gè)下輥轉(zhuǎn)動(dòng)部分質(zhì)量=5.79。

計(jì)算qB。初選輸送帶棉帆布CC-56，Z=5 層。通過(guò)查詢，CC-56 輸送帶的每層質(zhì)量1.36kg/m2，上膠厚δ1=3.0mm，下膠厚δ2=1.5mm。每毫米厚膠料質(zhì)量1.19kg/m2，帶寬0.65m。

計(jì)算qG，由公式得：

計(jì)算FS1、FS2。由于無(wú)導(dǎo)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(dòng)功率計(jì)算

式中：η1——傳動(dòng)滾筒及聯(lián)軸器效率，取0.80。

2.4 輸送帶張力計(jì)算

2.4.1 限制輸送帶下垂度的最小張力

2.4.2 輸送帶工作時(shí)不打滑需保持的最小張力

按公式求起動(dòng)時(shí)傳動(dòng)滾筒上最大圓周力：

式中：KA——起動(dòng)系數(shù)，取1.5。

其中：μ——傳動(dòng)滾筒和輸送帶之間的磨擦系數(shù)，取0.10；φ—傳動(dòng)滾筒的圍包角，取200°。

由F2min=13098.6（N），計(jì)算輸送機(jī)各點(diǎn)張力，忽略附加阻力，可得F6點(diǎn)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(jì)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(qiáng)度，取56，取5 層，與初選相同[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通岸皮帶運(yùn)輸機(jī)推薦選用如下：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1460r/min，功率7.5kW 為宜。傳動(dòng)滾筒選用φ320傳動(dòng)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(yáng)市光達(dá)減速機(jī)制造有限公司）。該船出廠后運(yùn)行情況良好，特別是皮帶運(yùn)輸裝置各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)令船東滿意，運(yùn)營(yíng)成本低、卸載砂石效率高、具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。