布置形式对埋刮板输送机性能的影响

布置形式对埋刮板输送机性能的影响

吴 畏

(山东凯斯达机械制造有限公司，山东济宁 272000)

摘要由于使用工况、布置形式、选型及设计结构的不合理，造成设备运行性能的不稳定并且易产生故障，给正常生产带来极大的困扰。线速度相同的情况下，由于布置形式的不同造成输送链的内部张力不同。当水平输送距离增加时，输送链的内部张力呈正比例近似线性增加的趋势。

关键词布置形式；内部张力；水平输送距离

中图分类号S226.9

作者简介吴畏(1987- )，男，工程师，硕士，从事粮油机械的设计工作。

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

埋刮板输送机由于机械结构简单，布置灵活，被广泛应用于粮食深加工、饲料、矿山等行业。但由于使用工况、布置形式、选型及设计结构等多方面的原因，并且在设计阶段、制作阶段、安装阶段、调试阶段和正常运转阶段的种种不合理因素，造成设备运行性能的不稳定并且易产生故障，给正常生产带来极大的困扰。现就布置形式的不同对整机运行所造成的影响为角度进行理论结合实际经验分析，以减少此方面的相关因素所带来的不良影响。

案例①：2011年在山东沂水县200 t/d大豆浸出油脂生产线上，自浸出器浸出工段完毕的大豆粕片进入埋刮板输送机后，电流出现间歇式升高的现象，调节电机的运转频率不能解决电流升高的问题。开机生产运行6个月时间一直处于此状态，待停机检修时采取更换动力配置尝试解决此现象。

案例②：同年在河北省邯郸市200 t/d大豆浸出油脂生产线上，工段相同的埋刮板输送机自调试之日起一直运转良好，动力配置且各项工艺指标均相同。

案例③：2013年山东临沂20 000 t/a蛋白粉生产线上，自浸出器工段浸出完毕的粉料进入埋刮板后，电流居高不下。一月有余，减速机外壳出现裂痕，主传动轴圆周跳动严重。停机检修，将主传动轴材质更换，减速机功率增大，问题消失，现运转良好。

案例④：2013年新疆库尔勒600 t/d棉籽蛋白醇提生产线上，自萃取器出料的脱酚棉蛋白经埋刮板输送机提升至下一步AB筒内进行蒸脱干燥。调试初运行阶段电流略微升高，后降低电机频率至35 Hz后运行逐步趋于平稳。现运转正常，但输送量仅够维持正常生产，增产要求不能满足，需更换更大功率动力。

1基于案例的要素分析

通过以上几个案例可以得知，正常生产过程中，整机运行是否正常，通常比较直观表现形式为电流是否稳定。在电机功率为额定值不变的前提下，电流的升高，代表着输送机的运行存在隐患，究其原因，主要有以下2个方面：

(1)动力不足；

(2)其他非正常工况作用力的干涉。

由于使用工况、布置形式、选型及设计结构等多方面的原因，并且在设计阶段、制作阶段、安装阶段、调试阶段和正常运转阶段的种种不合理因素，造成设备运行性能的不稳定并且易产生故障。这些故障都是不可控的因素，但与生产管控，资金实力等等均有密切的联系。排除非正常作用力的因素，在沂水项目大豆深加工生产线上，发生电流升高现象，更换动力后此问题解决；但是同样产量的生产线在河北邯郸项目未发生相应问题，设备选型、结构及线速度等因素均相同，唯一不同点在于两输送机的布置形式不同，沂水项目由于前期工段的限制，在埋刮板输送机的进料段前为箱链式浸出器，宽度较宽，浸出工序完成后落料进入输送机中，造成输送机平段布置较长；邯郸项目中前段浸出工序为平转式浸出器，落料口较短，进料后直接提升，输送机水平段较短，且提升角度较之沂水项目的小；临沂项目前段工序与沂水项目相同，但是经埋刮板输送机提升后进入的后段工序与前两案例不同，由于设备布置的限制，提升高度较高，提升角度也大；新疆项目采用与临沂项目同样的生产工艺，提升高度和提升角度均较大。

基于对以上几个案例的分析，发现在结构相同的情况下，物料的性质大致相近，受空间、前后工段工艺限制，输送机的布置形式有很大的不同。所以以布置形式不同对埋刮板输送机性能影响为主要研究对象进行理论分析进行理论分析。

查阅文献得知功率的计算公式为：

P=[K×(T×v)/(1 000×η)]

(1)

式中：P—驱动功率的计算值；K—电机功率备用系数；T—输送链的内部张力；v—输送链的线速度；η—传动系统的效率系数。

由公式(1)可知，在各种系数均为定值的前提下，线速度v和输送链的内部张力T是决定功率数值大小的主要因素。

分析以上实际工程案例可知，在线速度相同的情况下，由于布置形式的不同造成输送链的内部张力不同。下面就输送链的内部张力进行具体分析。

图1　链条绕入头轮仿真

2输送链内部张力的计算

由图1可知，对于C型输送机的输送链内部张力，分别由绕入头轮的T1和绕出头轮的T2组成，而输送链的内部张力，即为绕入头轮的T1和绕出头轮的T2组成。即：

T=T1-T2

(2)

分析图1可知，T1为输送链的自重与物料的重量之和；T2为抛料后的自然下垂张力，主要为输送链的自重现对T1、T2分别进行计算(见图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)

图2　内部张力建模

式中：G—链条单位质量；f’—链条与腔体之间的摩擦力；L0—落料口回料的输送长度；L1—水平段的输送长度；L2—提升段的水平输送长度；H—提升段的垂直输送长度；E—弯道系数；Gv—物料的单位质量；f—物料之间的内摩擦系数；x—物料与腔体之间的摩擦系数；k—物料对于腔体之间的测压系数。

3系统建模分析

3.1单因素建模分析

3.1.1在提升高度不变的前提下，加长水平段的长度对整机功率的影响。

首先必须分析在提升角度、提升高度均不变的情况下，水平段伸长对于整机功率的影响。

假设：L2=10 m，H=10 m，α=45°，按照公式(1)、(3)、(4)代入各数值进行建模，设置(L1)的数值依次递增，可以得到表1的数据。

表1　水平段长度的变化影响功率的建模数据

按照表1建模所得数据分析可知，在水平段增加的情况下，输送链绕出头轮的张力T2并未得到增加，水平段加长所带来的载重负荷全部体现在绕入头轮的张力T1上，而绕入头轮的张力T1包括输送链的自重和输送物料的重量。所以水平段的增长对整机功率的影响较大。由表3可以绘制水平段增长长度与整机功率的参数关系曲线(图3)。

3.1.2在水平长度不变的前提下，加大提升高度对整机功率的影响。由图2可知，当水平段长度L1不变的前提下，如果想要增加提升高度H的数值，势必会对提升角度α造成影响。所以需分2种情况进行讨论。

(1)在保持水平段长度L1不变的前提下，增加提升高度H并且随之增加提升角度α：

假设：L1=5 m，则代入公式(2)、(3)、(4)进行建模，设置提升高度H的数值依次递增，得到的计算数据(表2)。

图3　水平段长度与功率关系曲线

序号提升高度H∥m提升角度α∥°绕入头轮张力T1∥N绕出头轮张力T2∥N输送链内张力T∥N动力所需功率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

图4　提升高度与功率关系曲线

由表2建模分析可知，当提升高度H伴随着提升角度α增大时，输送链在绕入头轮张力T1和绕出头轮张力T2均有不同程度的增加。根据公式(2)得出的输送链整体内张力也有所增加。根据表(2)所计算的数值，可以绘制提升高度H伴随着提升角度α增大时对整机功率变化影响的曲线关系，如图4所示。

(2)在保持水平段长度L1和提升角度α不变的前提下，增加提升高度H并且随之增加提升段水平长度L2：

假设：L1=5 m，提升角度α=45°，则代入公式(2)、(3)、(4)进行建模，设置提升高度H的数值依次递增，得到的计算数据见表(3)。

由表3建模分析可知，当提升高度H伴随着提升段水平长度L2增大时，输送链在绕入头轮张力T1和绕出头轮张力T2均有不同程度的增加。根据公式(2)得出的输送链整体内张力也有所增加。根据表2所计算的数值，可以绘制提升高度H伴随着提升段水平长度L2增大时对整机功率变化影响的曲线关系，如图5所示。

表3　提升高度伴随提升水平长度的变化影响功率的建模数据

图5　提升高度与功率关系曲线

3.1.3对以上3种单因素情况的分析。由图3、4、5可知，对于因水平段长度增加或者提升段长度增加所造成的整机功率的增加，均可以近似的认为是一种线性的增长关系。对与线性增长的曲线，计算图3所作直线K1，图4所作直线K2，图5所作直线K3，可以得出下表4：

表4　单因素参数变化对整机功率影响的比较

由表4可以得知，对于3种单因素的影响，K1>K2>K3；其中，K2与K3的变化率较之K1相近。所以可以认为：水平段长度的增加对于整机功率影响较大；提升高度的增加在布置上无论采用改变提升角度还是改变提升段水平长度的方式对于功率的影响较为相似。

3.2多因素建模分析在分析完单因素对于整机功率的变化影响后，对于前后工段限制的情况，改变整机的布置对于功率的影响依然要进行分析。也就是在进料和出料口位置不变的前提下，改变水平段和提升段的相对位置对整机功率的影响分析。

对除长度之外的各类参数进行建模分析。假设：

输送机的水平输送长度L1+L2=20 m；

提升的垂直高度H=20 m；

由于在单因素分析中，水平段长度的增加对于整机功率的影响较大，所以基于水平段长度的变化得出在固定工位调整整机布置对于功率变化数值如表5所示。

表5　固定工位调整整机布置对功率变化的数值

由表5可知，当水平段长度L1逐步增大时分别对应了提升角度α和提升段水平长度L2的数值变化，从而影响到整机功率的变化。根据表中水平段长度变化的数值与整机功率变化数值的关系，得出曲线如图6所示。

图6　水平段长度L 1与整机功率变化曲线

将图6中曲线看作近似线性去分析，得到曲线的变化率为K4=3.07。对比“3.1.3”中所得结论，得知在固定工位调整整机布置形式，水平段长度的变化对功率的影响仅略小于单独因素下水平段长度增长的情况。

4结论

由以上分析可以得出以下几个结论：

(1)在保证满足进料位置的前提下，布置输送机时尽量减少水平段的长度，对整机功率有较大益处；

(2)提升高度的增加在布置上无论采用改变提升角度还是改变提升段水平长度的方式对于功率的影响较为相似；

(3)在固定工位调整整机布置形式和直接增加水平段长度对于整机功率的影响相差不大。

参考文献

[1] 王鹰.连续输送机械设计手册[M].北京:中国铁道出版社，2001：352-442.