魯世軍

（重慶市船舶檢驗中心有限公司，重慶 400000）

0 引言

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°。

1 底艙皮帶運輸機的計算

1.1 初始設計參數(shù)

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°。

1.2 由帶寬、帶速驗算輸送能力

1.3 驅動力及所需傳動功率計算

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 輸送帶張力計算

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。

2 通岸皮帶運輸機的計算

2.1 初始設計參數(shù)

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°。

2.2 由帶寬、帶速驗算輸送能力

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 驅動力及所需傳動功率計算

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 輸送帶張力計算

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。

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]。

3 結語

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。