自卸運砂船皮帶運輸機設計分析

魯世軍

（重慶市船舶檢驗中心有限公司，重慶 400000）

0 引言

順應時代的發展，高速公路、房地產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采用重型卡車運輸方式，此運輸方式成本高，還容易出現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，運輸成本低的優勢，故研制開發載重量大，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，本人曾經從事過皮帶運輸機的設計、施工、實船回訪等相關工作[2]。現將本人曾經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

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，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，FS1=0、FS2=0。

將上述數值代入公式中得：

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，取1.5。

eμφ——尤拉系數，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，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），可得穩定工況下F1max=F2+FU=25677.7+6676.2=32353.9（N）。

1.4.3 輸送帶層數計算

式中：n——穩定工況下輸送帶靜安全系數，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

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，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，FS1=0、FS2=0。

將上述數值代入公式中得：

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，取1.5。

其中：μ——傳動滾筒和輸送帶之間的磨擦系數，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），可得穩定工況下F1max=F2+FU=13098.6+3667.6=16766（N）。

2.4.3 輸送帶層數計算

式中：n——穩定工況下輸送帶靜安全系數，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。