火力發電廠帶式輸送機基礎載荷一般算法

冷以康

(華電江蘇能源有限公司句容發電廠，江蘇 鎮江 212400)

火力發電廠帶式輸送機基礎載荷一般算法

冷以康

(華電江蘇能源有限公司句容發電廠，江蘇 鎮江 212400)

帶式輸送機基礎載荷的計算在整個工藝系統的設計中占有重要作用，工藝設計人員能否將基礎載荷準確合理地提給土建設計人員，關系到皮帶機棧橋、卸煤溝、轉運站等的基礎造價。目前，設計人員對基礎載荷的算法過于簡單，沒有切實可靠的理論依據，參考類似工程的情況較多。鑒于缺乏可用的計算方法，通過查閱文獻與實際工程資料，探討了帶式輸送機的基礎載荷計算方法，供基礎載荷計算時參考。

火力發電廠；電廠輸煤；帶式輸送機；基礎載荷；算法

0 引言

帶式輸送機作為連續輸送機械，廣泛用于礦山、化工、冶金、電力等工業領域。與其他類型的輸送設備相比，具有生產率高、運行平穩可靠、結構簡單、輸送連續均勻、運行費用低、使用維護方便、可以多點受料卸料、易于實現自動控制及遠程操作等優點[1]。

我國的火力發電廠主要是燃煤電廠，由于電廠內運輸距離較長，提升高度高，燃煤屬散狀物料，最重要的是燃煤運輸必須滿足鍋爐連續運行和連續投料要求，因而帶式輸送機自然成為首選運輸設備，絕大多數電站都使用帶式輸送機作為廠內燃煤輸送的唯一途徑。另外，刮板輸送機大多用作給煤設備和配煤設備，管道輸送裝置及氣動輸送裝置等由于有多種不足而很少被采用。

1 現狀及存在的問題

帶式輸送機的設計計算主要包括兩部分：一部分是系統出力，即功率計算，這是設計的首要工作，直接決定帶式輸送機的布置、電機的選擇等，功率的計算，相關手冊已有較為統一的計算方法，但由于各國標準不同，算法有所差異；另一部分則是對帶式輸送機載荷分布的計算，包括各種機構間的相互作用力，輸送物料載荷的傳遞，皮帶和滾筒、托輥和皮帶、皮帶和物料間的摩擦計算，動態條件下載荷的變化，支架基礎對基礎面的載荷等，其中我們最關心的是輸送機支架基礎對基礎面的載荷，因為這直接影響土建結構專業的受力分析和輸煤系統棧橋等相關建筑的設計。

目前，帶式輸送機設計時都要考慮其基礎處的載荷，但精確計算不僅復雜，而且沒有可行的算法，因而在處理這個問題時，大多數設計人員都采用經驗法，即根據以往工程的經驗數據直接套用，或者在此基礎上適當提高載荷值。這些經驗值往往是簡單的估計所得，可靠性差。皮帶機輸送系統模型如圖1所示。

圖1 皮帶機輸送系統模型

2 計算方法

2.1皮帶機頭尾架載荷計算

現結合萬基項目#10帶的機架進行討論，使用《DTⅡ型帶式輸送機設計手冊》可以算出系統出力，電機功率以及各特性點的受力大小，進而確定各種設備的選型規格。#10帶尾架基礎如圖2所示。把增面滾筒、尾部支架、改向滾筒看做一個整體對其進行受力分析。該剛體目前受到的力可分為3類：(1)上下皮帶作用于其上的拉力F1，F2；(2)其自身的重力G1，G2，G3；(3)埋鐵對其的作用力Fq3，Fq4。由于F1，F2的作用會對剛體產生一個逆時針的力矩，因此可以從力的平衡與力矩平衡兩方面進行分析，計算出埋鐵所受的載荷。皮帶機尾架載荷分布如圖2所示。

當確定好各個設備的型號之后，可以依據手冊查出支架、滾筒的重量及支架間的距離，只有埋鐵所

圖2 皮帶機尾架載荷分布

受的力Fq3，Fq4是未知量。現根據力的平衡與力矩平衡計算如下。

(1)力的平衡。

X方向

F1cosα+F2cosα-F5-F6=0 。

(1)

Y方向

F1sinα+F2sinα+Fq3-Fq4-

G1-G2-G3=0 。

(2)

(2)力矩平衡——以F3所在處的埋鐵中心為基點做力矩平衡。

逆時針方向力矩為

F1cosα×(h1+d/2)+F1sinα×(L3+L4)+

F2cosα×(h1-d/2)+F2sinα×(L3+L4)。

(3)

順時針方向力矩為

G1L1+G2L2+G3(L3+L4)+F4L4。

(4)

由于順時針方向的力矩與逆時針方向的力矩相等，可求出Fq4，將Fq4代入式(2)中可計算出Fq3，水平方向可近似地認為F5=F6，代入式(1)中可求得F5，F6。

2.2帶式輸送機中部雙驅動下受力情況分析

對于大運量、長距離、高傾角的帶式輸送機，常常采用中部雙驅動的形式，它與皮帶機頭部驅動的方式不太一樣，雙驅動下部支架的埋鐵一般多于兩對，運用力的平衡與力矩平衡算不出所有埋件的載荷。現以萬基#10帶中部驅動為例進行分析，如圖3所示。

圖3 皮帶機中部雙驅動架載荷分布圖

2.2.1 第1步：確定型心O的位置

此驅動裝置下方有5塊埋鐵，每個埋件的受力方向不同。由于兩傳動滾筒逆時針轉動，所以傳送帶奔離點在右邊的滾筒切線處，那么F1>F2。如果把機架和所有滾筒看做一個剛體，那么此剛體就受到一個順時針方向的力矩。在此力矩作用下，支架下方的埋鐵就受到兩個方向的力，分別為下壓力和上拔力。那么，首先要做的就是確定上拔力與下壓力分界的位置，這個位置暫且稱之為埋鐵的型心O。確定型心O的位置后，就可以確定埋鐵上力的方向。現假設型心O距離Y軸距離為x，型心O左側所有埋件受到上拔力，右側所有埋件受到下壓力。由于型心O是由F1和F2的作用產生的，所以可以假設力F1在型心O左側的分布大小與F2在型心O右側的分布大小相等[2-3]。則依據

(5)

可以求出型心O的具體位置。

2.2.2 第2步：基于力矩平衡進行計算

確定型心位置之后，就確定了埋件受力的方向，現將其大小設定為F3，F4，F5，F6，F7。同時可以計算出每個埋件到型心O的距離Lq5，Lq4，Lq3，Lq1，Lq2。由于F1與F2的作用會產生一個順時針的力矩，所以各個埋件會受到一個軸向力，假定埋件的剛度相等，則根據變形協調條件可知：

(6)

下面將基于力矩平衡原理對埋件載荷進行求解，如圖4所示。

圖4 中部雙驅動架底部載荷分布圖

現把已知力F1，F2，G1，G2，G3，G4，G5對型心O產生的和力矩定為M1，把未知力F3，F4，F5，F6，F7對型心O產生的和力矩定為M2。

冷以康：火力發電廠帶式輸送機基礎載荷一般算法

由力矩平衡原理可知：

M1=M2。[4]

(7)

假定順時針為正：

M1=F1Lp6+G4Lp4+G5Lp5-F2Lp7-

G3Lp1-G2Lp2-G1Lp3，

(8)

M2=F3Lq5+F4Lq4+F5Lq3+

F6Lq1+F7Lq2。

(9)

聯立公式(6)、(7)、(8)、(9)可以算出：

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

由于帶式輸送機正常運行、啟動和制動過程中，膠帶張力是變化的，同時考慮到膠帶的不均勻給料以及物料下落時的沖擊影響，為確保輸送機基礎不因這些因素而受到損害，在基礎載荷計算時，需要考慮一個動載系數作為基礎載荷的安全系數。

3 工程實例與分析

某項目港口輸送工程輸送物料運量大，種類復雜，現將上述計算方法應用到工程項目中，列舉出SC-01皮帶機尾架、S-02皮帶機中部驅動架計算結果。

SC-01皮帶的基本參數：輸送帶寬度，1 200 mm；輸送速度，3.15 m/s；輸送量，1 200 t/h；頭尾滾水平中心距，595.37 m；輸送傾角，α=0°；電機功率，160 kW。

S-02皮帶的基本參數：輸送帶寬度，1 000 mm；輸送速度，2.8 m/s；輸送量，1 200 t/h；頭尾滾水平中心距，2 735 m；輸送傾角,α=9°；電機功率，2×450 kW。

利用基本參數F1，F2，G1，G2，G3見表1。代入表1數據可計算出SC-01皮帶機尾架載荷以及S-02中部驅動架載荷，見表2。

表1 計算基礎載荷所需張力 kN

表2 SC-01皮帶機尾架載荷值及S-02中部驅動架載荷計算值

注:1.尾支架X向為沿皮帶機方向，Z向指垂直水平面，Y向為垂直于皮帶機方向；2.主要闡明計算方法，表中數據未計入安全系數，

實際載荷較表中數據略大。

分析表1和表2，帶式輸送機的基礎載荷呈現出一些共同規律：(1)頭部支架基礎相對其他基礎，不論水平還是垂直方向受力都較大，需重點保證其強度；(2)由于基本沒有皮帶張力的作用，只承受物重，盡管數量最多，中間架預埋鋼板載荷很小；(3)Y向載荷這里根據資料適當取值，相對水平載荷和垂直載荷其很小，因為帶式輸送很少在平面上產生垂直于輸送方向的作用力和移動[5]。

4 結束語

帶式輸送機頭尾架形式很多，其支架埋鐵一側一般為2塊，基于力的平衡與力矩平衡很容易算出載荷的大小。但是對于中部雙傳動裝置而言，其支架下方埋鐵的數量較多，不容易計算，可以根據F1，F2產生的彎曲扭矩先確定出型心點的位置，進而確定各個埋鐵是受上拔力還是下壓力。然后依據變形協調條件與力矩平衡計算出各個埋件的受力大小。但是對于型心點位置的確定，筆者還沒有確鑿的理論依據，只是憑著簡單的力學分布知識進行選取，因此還有待商榷。

[1]吳春野.不同堆煤工況下的煤場皮帶機技術計算[J].煤礦機械，2008(3)：15-16.

[2]火力發電廠運煤設計技術規程 第1部分：運煤系統: DL/T 5187.1—2004[S].

[3]周文生，李小英.帶式輸送機機架基礎荷載的簡便計算[J].礦山機械，2010，38(21)：68-70.

[4]丁建國.圖表法計算復雜運輸條件下帶式輸送機張力[J].煤礦機械，2008,29(8):21-23.

[5]蘇瑞杰，李少康.帶式輸送機設備點檢系統研發[J].中文科技期刊數據庫(全文版)：工程技術，2017(4)：237.

TH 222

B

1674-1951(2017)10-0041-03

2017-08-05；

2017-09-13

(本文責編：白銀雷)

冷以康(1966—)，男，江蘇揚州人，工程師，從事火力發電廠生產管理方面的工作(E-mail:lengyk@163.com)。