斗式提升機問題分析及處理

秦國利，周海兵

（寶鋼工程技術集團有限公司，上海 201900）

斗式提升機可用于連續垂直或傾斜輸送粉狀、顆粒狀及小塊狀物料。因其占地面積小、工藝布置緊湊、提升高度大、結構簡單、密封性好等優點，廣泛用于冶金、水泥、礦山、電力等工程實踐中。斗式提升機可將物料垂直輸送高達80m，一般多用于垂直輸送距離小于40m的情況下；傾斜式斗提機由于結構復雜，很少使用。

國內常用的斗式提升機均為垂直式，斗提機型式根據其結構特征的不同分為TD型、TH型、TB型和NE型，另外還有新型的THG、TDG型等高效斗式提升機。根據設備能力、斗提機適合輸送的物料特征、物料溫度等選擇合適的類型。其中，NE型斗提機，其牽引構件采用板式套筒滾子鏈,可輸送松散密度＜2t/m3、溫度不超過250℃的物料；耐磨性好，可以提升磨琢性大的物料，如粉煤灰、石灰石、水泥熟料等，且設備運行可靠，故障率低，廣泛用于石灰工程中。

在某石灰工程中使用的1#斗提機，在運行過程中，出現了減速機殼體斷裂、頂部平臺振動等問題。本文對該斗提機在運行中出現的問題進行總結及原因分析，以防止在今后的工程中避免再次出現相同的問題[1]。

1 1#斗提機工藝布置

1#斗提機相關情況：1#斗提機為NE型，設備能力150t/h，提升高度26.8m，運行速度24.4m/min；驅動裝置采用Y系列電機和ZSY硬齒面減速機組合；減速機與頭部鏈輪之間采用鏈輪傳動。斗提機輸送的物料為水洗后的石灰石，粒度：0～30mm，松散密度：1.5t/m3。

（1）1#斗提機處工藝流程如下：原料倉石灰石（0～80mm）→雙層水洗振動篩→篩中料（2～30mm）→105#皮帶機→106#皮帶機→1#斗提機→小粒度石灰石料倉。

（2）1#斗提機布置：斗提機放置在小粒度石灰石料倉廠房外側，頂部平臺高出廠房頂，見圖1。

2 現場問題分析及處理

2.1 斗提機減速機機殼開裂

圖2 減速機機殼開裂圖

斗提機在運行一段時間后，減速機機殼發生開裂，見圖2。經檢查，斗提機內物料堆積，發生了堵塞，物料與料斗卡死無法移動。可以推斷，減速機機殼開裂的主要原因是物料與料斗卡死后，減速機超負荷運轉，使其實際扭矩超過其使用的額定扭矩造成的。首先需對設備廠的減速機選型是否合適進行復核。另外，斗提機的電機處設置了電流過載保護，在運行中未起作用，也同時進行了檢查處理。

2.1.1 減速機選型復核

問題發生后，利用已知條件對減速機的選型進行了復核計算。由于減速機的承載能力受機械強度和熱平衡許用功率兩方面的限制，因此所選減速機型號需滿足這兩方面的要求。

（1）已知條件：1#斗提機使用的電機為Y200-L-30kW，非變頻，轉速為1470r/min；減速機輸出端與斗提機頭輪之間為鏈輪傳動，頭輪處的鏈輪為大鏈輪，鏈條速度為24.4m/min；大鏈輪齒數z2為57，減速機輸出端小鏈輪齒數z1為17，其傳動比i1=z2/z1≈3.35。

（2）軸功率采用近似計算公式［1］：

其中，Q取最大輸送能力150t/h，H為提升高度，v為運行速度。K1、K2根據輸送量和料斗型式分別取0.6和1.3。

（3）鏈輪傳動的設計功率為Pc：

其中，f1為工況系數，取1.4；f2為小鏈輪齒數系數，按齒數取1.52。

（4）由斗提機轉速、大鏈輪齒數、鏈條節距可算出大鏈輪的轉速n2=11.33r/min，則小鏈輪的轉速n1=n2×i1=37.96r/min。通過已知電機轉速，可算出減速機的傳動比i=1470/37.96=38.72。查表［2］后，可選擇公稱傳動比i=40的ZSY型硬齒面減速機。由于電機輸出速度為1470r/min，選擇減速機的公稱轉速為1500r/min。

（5）通過減速機機械強度計算功率P2m選擇減速機具體型號：

取鏈輪傳動的設計功率Pc作為減速機的負載功率P2；KA為工況系數，取1.5；SA為安全系數，取1.4。

由于P2m需小于減速機公稱輸入功率P,因此應選擇的減速機型號至少為ZSY250，其公稱輸入功率P=79kW，i=40,n=1500r/min。電機的輸入轉速為1470r/min,則折算公稱功率P=79kW×1470/1500=77.42kW,此功率仍大于P2m，所以選型符合強度要求。

（6）在滿足機械強度計算功率的前提下，再通過計算該減速機的熱平衡許用功率P2t確定是否可行：

f1為環境溫度系數，按照當地最高溫度41℃，無冷卻，取1.65；f2為載荷率系數，按每日工作16h,取0.94；f3為公稱功率利用系數，取f3=1.15(P2/P=34.26/77.42=44%＜50%)。

該減速機為戶外露天布置，沒有冷卻措施，查表知ZSY250減速機的熱平衡許用功率PG1為220kW。滿足P2t＜PG1， 因此該型號滿足要求。

（7）通過計算可知，減速機的選型至少應為ZSY250,而設備廠選擇的型號也是ZSY250，因此原減速機的選型沒有問題。在選型正確的情況下，通常減速機過載時損壞的部分為輸出軸斷裂，但該減速機軸未斷裂而機殼開裂，應是機殼的鑄造質量存在問題。解決方案為更換新的減速機，且型號不變。更換后，運行2年多來未出現問題。

2.1.2 斗提機電機過載保護檢查

為防止電機過載造成驅動裝置損壞，通常在電機上設置熱繼電器進行過載保護。當電機運轉過載時，熱繼電器會使電機主電路斷開，從而實現電機的過載保護。1#斗提機也設置了熱繼電器，經檢查，熱繼電器的整定電流范圍為80-104A。斗提機所選電機的額定電流為70.4A，通常熱繼電器的選擇范圍為額定電流的1.05～1.1倍，此處未起到保護作用的原因是使用的熱繼電器的電流值偏大。因此，應更換為電流范圍為63～80A的熱繼電器。

2.2 斗提機頂部平臺振動原因分析及加固

斗提機在運行過程中，檢修人員在頂部平臺上感覺有明顯的振動，平臺振動容易加大電機、減速機等應力集中的受力，易導致設備故障。另外由于工程所在地臺風較多，平臺振動和臺風疊加更容易造成設備損壞，為減少設備故障，有必要對斗提機頂部平臺進行受力分析和加固。

2.2.1 斗提機頂部平臺受力分析

（1）荷載取值。電機自重：3.2kN，減速機自重：5.5kN，平臺活載：2.5kN/m2，基本風壓：0.91kN/m2,正常生產條件下料重：27.5kN,并考慮了滿斗下的極限料重：37.1kN。

（2）斗提機頂部平臺，采用12#槽鋼制作，在斗提機機殼外側三面懸挑（出料口側無懸挑），每側沿斗提機機殼設有2道斜撐。

利用結構分析軟件PKPM-STS模塊對斗提機頂部平臺進行二維受力分析，判斷一下總體的構件截面是否合適。計算結果如圖3所示，平臺梁應力比1.40，斜撐穩定應力比1.38，均不滿足要求。所以，設備廠家提供的平臺梁和支撐截面偏小，剛度不足，較容易發生振動現象。

為了更加精確的研究加固方案，又利用有限元軟件midas GEN建立了整體分析模型，對斗提機在自重、料重和驅動裝置以及風載作用下頂部平臺及斗提機殼體的受力情況進行了分析。在驅動裝置荷載作用下，頂部平臺懸挑端部的最大撓度為8mm，超過結構設計規范的允許值（6.6mm），撓度超限，見圖5；斗提機殼體在風載下側向位移較小約3毫米，為斗提殼體總高度的1/11320，滿足要求，見圖6。

2.2.2 加固方案

通過計算分析，制訂了加固方案：在放置電機減速機一側外挑平臺下方2道斜撐之間再追加一道斜撐。該方案不涉及原截面的替換與修改，即可以減少原來梁的跨度，也分擔了原支撐的內力。加固后的計算結果顯示，各項指標均滿足要求。現場加固后，振動情況幾乎感覺不到，運行情況良好，說明加固方法可行。

圖3 二維計算構件應力比圖

圖4 midas GEN三維整體模型

圖5 驅動裝置下位移云圖

圖6 風荷載下位移云圖

3 斗提機部分故障的預防

（1）斗提機安裝時，設備基礎的尺寸、施工質量要符合標準[3]，頭軸對水平面的平行度、上下鏈輪的相對位置、驅動裝置低速軸與提升機頭軸的平行度等關鍵部位的精度要嚴格按照廠家的說明書進行安裝。（2）要合理設置料位檢測、電機過載保護等措施，避免堵塞、電機過載造成設備損壞。（3）定期檢查維護，發現底部有物料堆積時，及時通過清掃口清理；驅動裝置、頭尾輪軸承等有異常時，及時停機檢修。

4 結論

（1）通過對減速機的選型進行計算復核，原減速機選型沒有問題，機殼開裂的原因應是機殼鑄造質量有問題；（2）斗提機電機的熱繼電器保護設置要合理，應按電機額定電流的1.05～1.1倍設置；（3）對1#斗提機頂部平臺，通過在電機側平臺下部增加斜撐的加固方法，使原結構梁和支撐受力減少，強度和穩定滿足設計要求，同時也減少了平臺的撓度，增加了平臺的剛度，平臺振動問題得到了解決。