布置形式對埋刮板輸送機性能的影響

布置形式對埋刮板輸送機性能的影響

吳 畏

(山東凱斯達機械制造有限公司，山東濟寧 272000)

摘要由于使用工況、布置形式、選型及設計結構的不合理，造成設備運行性能的不穩定并且易產生故障，給正常生產帶來極大的困擾。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部張力不同。當水平輸送距離增加時，輸送鏈的內部張力呈正比例近似線性增加的趨勢。

關鍵詞布置形式；內部張力；水平輸送距離

中圖分類號S226.9

作者簡介吳畏(1987- )，男，工程師，碩士，從事糧油機械的設計工作。

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

埋刮板輸送機由于機械結構簡單，布置靈活，被廣泛應用于糧食深加工、飼料、礦山等行業。但由于使用工況、布置形式、選型及設計結構等多方面的原因，并且在設計階段、制作階段、安裝階段、調試階段和正常運轉階段的種種不合理因素，造成設備運行性能的不穩定并且易產生故障，給正常生產帶來極大的困擾。現就布置形式的不同對整機運行所造成的影響為角度進行理論結合實際經驗分析，以減少此方面的相關因素所帶來的不良影響。

案例①：2011年在山東沂水縣200 t/d大豆浸出油脂生產線上，自浸出器浸出工段完畢的大豆粕片進入埋刮板輸送機后，電流出現間歇式升高的現象，調節電機的運轉頻率不能解決電流升高的問題。開機生產運行6個月時間一直處于此狀態，待停機檢修時采取更換動力配置嘗試解決此現象。

案例②：同年在河北省邯鄲市200 t/d大豆浸出油脂生產線上，工段相同的埋刮板輸送機自調試之日起一直運轉良好，動力配置且各項工藝指標均相同。

案例③：2013年山東臨沂20 000 t/a蛋白粉生產線上，自浸出器工段浸出完畢的粉料進入埋刮板后，電流居高不下。一月有余，減速機外殼出現裂痕，主傳動軸圓周跳動嚴重。停機檢修，將主傳動軸材質更換，減速機功率增大，問題消失，現運轉良好。

案例④：2013年新疆庫爾勒600 t/d棉籽蛋白醇提生產線上，自萃取器出料的脫酚棉蛋白經埋刮板輸送機提升至下一步AB筒內進行蒸脫干燥。調試初運行階段電流略微升高，后降低電機頻率至35 Hz后運行逐步趨于平穩。現運轉正常，但輸送量僅夠維持正常生產，增產要求不能滿足，需更換更大功率動力。

1基于案例的要素分析

通過以上幾個案例可以得知，正常生產過程中，整機運行是否正常，通常比較直觀表現形式為電流是否穩定。在電機功率為額定值不變的前提下，電流的升高，代表著輸送機的運行存在隱患，究其原因，主要有以下2個方面：

(1)動力不足；

(2)其他非正常工況作用力的干涉。

由于使用工況、布置形式、選型及設計結構等多方面的原因，并且在設計階段、制作階段、安裝階段、調試階段和正常運轉階段的種種不合理因素，造成設備運行性能的不穩定并且易產生故障。這些故障都是不可控的因素，但與生產管控，資金實力等等均有密切的聯系。排除非正常作用力的因素，在沂水項目大豆深加工生產線上，發生電流升高現象，更換動力后此問題解決；但是同樣產量的生產線在河北邯鄲項目未發生相應問題，設備選型、結構及線速度等因素均相同，唯一不同點在于兩輸送機的布置形式不同，沂水項目由于前期工段的限制，在埋刮板輸送機的進料段前為箱鏈式浸出器，寬度較寬，浸出工序完成后落料進入輸送機中，造成輸送機平段布置較長；邯鄲項目中前段浸出工序為平轉式浸出器，落料口較短，進料后直接提升，輸送機水平段較短，且提升角度較之沂水項目的小；臨沂項目前段工序與沂水項目相同，但是經埋刮板輸送機提升后進入的后段工序與前兩案例不同，由于設備布置的限制，提升高度較高，提升角度也大；新疆項目采用與臨沂項目同樣的生產工藝，提升高度和提升角度均較大。

基于對以上幾個案例的分析，發現在結構相同的情況下，物料的性質大致相近，受空間、前后工段工藝限制，輸送機的布置形式有很大的不同。所以以布置形式不同對埋刮板輸送機性能影響為主要研究對象進行理論分析進行理論分析。

查閱文獻得知功率的計算公式為：

P=[K×(T×v)/(1 000×η)]

(1)

式中：P—驅動功率的計算值；K—電機功率備用系數；T—輸送鏈的內部張力；v—輸送鏈的線速度；η—傳動系統的效率系數。

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

分析以上實際工程案例可知，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部張力不同。下面就輸送鏈的內部張力進行具體分析。

圖1　鏈條繞入頭輪仿真

2輸送鏈內部張力的計算

由圖1可知，對于C型輸送機的輸送鏈內部張力，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對T1、T2分別進行計算(見圖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　內部張力建模

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

3系統建模分析

3.1單因素建模分析

3.1.1在提升高度不變的前提下，加長水平段的長度對整機功率的影響。

首先必須分析在提升角度、提升高度均不變的情況下，水平段伸長對于整機功率的影響。

假設：L2=10 m，H=10 m，α=45°，按照公式(1)、(3)、(4)代入各數值進行建模，設置(L1)的數值依次遞增，可以得到表1的數據。

表1　水平段長度的變化影響功率的建模數據

按照表1建模所得數據分析可知，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，水平段加長所帶來的載重負荷全部體現在繞入頭輪的張力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。所以水平段的增長對整機功率的影響較大。由表3可以繪制水平段增長長度與整機功率的參數關系曲線(圖3)。

3.1.2在水平長度不變的前提下，加大提升高度對整機功率的影響。由圖2可知，當水平段長度L1不變的前提下，如果想要增加提升高度H的數值，勢必會對提升角度α造成影響。所以需分2種情況進行討論。

(1)在保持水平段長度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：L1=5 m，則代入公式(2)、(3)、(4)進行建模，設置提升高度H的數值依次遞增，得到的計算數據(表2)。

圖3　水平段長度與功率關系曲線

序號提升高度H∥m提升角度α∥°繞入頭輪張力T1∥N繞出頭輪張力T2∥N輸送鏈內張力T∥N動力所需功率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　提升高度與功率關系曲線

由表2建模分析可知，當提升高度H伴隨著提升角度α增大時，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。根據公式(2)得出的輸送鏈整體內張力也有所增加。根據表(2)所計算的數值，可以繪制提升高度H伴隨著提升角度α增大時對整機功率變化影響的曲線關系，如圖4所示。

(2)在保持水平段長度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度L2：

假設：L1=5 m，提升角度α=45°，則代入公式(2)、(3)、(4)進行建模，設置提升高度H的數值依次遞增，得到的計算數據見表(3)。

由表3建模分析可知，當提升高度H伴隨著提升段水平長度L2增大時，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。根據公式(2)得出的輸送鏈整體內張力也有所增加。根據表2所計算的數值，可以繪制提升高度H伴隨著提升段水平長度L2增大時對整機功率變化影響的曲線關系，如圖5所示。

表3　提升高度伴隨提升水平長度的變化影響功率的建模數據

圖5　提升高度與功率關系曲線

3.1.3對以上3種單因素情況的分析。由圖3、4、5可知，對于因水平段長度增加或者提升段長度增加所造成的整機功率的增加，均可以近似的認為是一種線性的增長關系。對與線性增長的曲線，計算圖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　單因素參數變化對整機功率影響的比較

由表4可以得知，對于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。所以可以認為：水平段長度的增加對于整機功率影響較大；提升高度的增加在布置上無論采用改變提升角度還是改變提升段水平長度的方式對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于整機功率的變化影響后，對于前后工段限制的情況，改變整機的布置對于功率的影響依然要進行分析。也就是在進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位置對整機功率的影響分析。

對除長度之外的各類參數進行建模分析。假設：

輸送機的水平輸送長度L1+L2=20 m；

提升的垂直高度H=20 m；

由于在單因素分析中，水平段長度的增加對于整機功率的影響較大，所以基于水平段長度的變化得出在固定工位調整整機布置對于功率變化數值如表5所示。

表5　固定工位調整整機布置對功率變化的數值

由表5可知，當水平段長度L1逐步增大時分別對應了提升角度α和提升段水平長度L2的數值變化，從而影響到整機功率的變化。根據表中水平段長度變化的數值與整機功率變化數值的關系，得出曲線如圖6所示。

圖6　水平段長度L 1與整機功率變化曲線

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。對比“3.1.3”中所得結論，得知在固定工位調整整機布置形式，水平段長度的變化對功率的影響僅略小于單獨因素下水平段長度增長的情況。

4結論

由以上分析可以得出以下幾個結論：

(1)在保證滿足進料位置的前提下，布置輸送機時盡量減少水平段的長度，對整機功率有較大益處；

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

(3)在固定工位調整整機布置形式和直接增加水平段長度對于整機功率的影響相差不大。

參考文獻

[1] 王鷹.連續輸送機械設計手冊[M].北京:中國鐵道出版社，2001：352-442.