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大高度高速板鏈斗式提升機的優勢

點擊數:7時間:2015-10-12 10:18:28 來源:百盛機械

摘要:大高度高速板鏈斗式提升機的研制成功,填補了我國大型水泥熟料生產線窯尾使用板鏈提升機的空白。與膠帶式提升機及傳統板鏈斗提機比,大高度高速垂直斗式提升機具有一次性投資低、運行費用少、壽命長、可靠性好等優點。

0 前言

國家在"十五"計劃中提出,大力發展新型干法水泥,加速淘汰落后粗放型的立窯工藝,新增新型干法水泥生產能力6 000萬t。在這一方針的指導下,我國水泥生產設備已逐步趨向大型化。為適應這一形勢,我公司開始研制大高度高速板鏈斗式提升機,作為水泥回轉窯窯尾生料 輸送設備。該項目為2001年國家級火炬計劃項目,已于2002年12月8日在北京通過鑒定,填補了我國大型熟料生產線(2 500~10 000 t/d)窯尾使用板鏈提升機的空白。

1 技術經濟優勢

本系列大高度高速板鏈斗式提升機的技術參數如下:頭尾輪中心 距:75~160 m;鏈條線速度:0.8~1.6m/s;最大輸送量:1000 t/h;牽引鏈節距:125mm鏈條安全系數:16~20。技術優勢顯著。該系列產品的關鍵部件—牽引鏈條首次采用了"力對稱式多板軸鏈"結構,可有效避 免"附加力矩"的產生;受力最為復雜的銷軸(和板孔構成鉸鏈付)與鏈輪的嚙合方式由傳統的固定線接觸改為連續圓周接觸,提高了其磨損壽命;采用的多板結 構,可以分散剪切力。此外,各種強化工藝(噴丸、預拉等)的實施,使產品具有長壽命、高可靠性等優點,具體分析如下。

1.1 投資及運行費用低

(1)一次性投資低。一 般在溫度較高或較低的非常溫下,重載低速輸送應屬鏈傳動范疇。但由于國內尚無大高度高速斗式提升機,水泥廠窯尾大多以鋼絲膠帶提升機來取代傳統的氣力輸送 系統,而進口鋼絲膠帶提升機的價格一直很高。我公司研制開發的大高度高速板鏈斗式提升機,其價格可比同規模進口鋼絲膠帶提升機大幅度降低。

QQ圖片20151007134903.png

圖1 循環次數與荷載的關系

(2)運行費用低。輸 送設備的電功率消耗分為有用功耗、摩擦功耗及額外輸出功耗三部分。有用功耗與設備輸送量、輸送高度成正比,所以鏈斗式提升機與鋼絲膠帶提升機的有用功耗是 一樣的;摩擦功耗一般與設備部件間的正壓力有關,按理,鋼絲膠帶提升機運行部分的自重較輕,其摩擦功耗應較小,但其松邊張力必須很大才能滿足輸送機運行要 求,為此需在尾部加載,從而加大了其軸承摩擦力,提高了總功率損失;額外輸出功率主要與頭輪轉速有關,鋼絲膠帶提升機須采用離心式卸料,為使其料斗內緣物 料也能順利卸出,其頭輪轉速需足夠高,勢必增加能耗。由此產生的運行費用較板鏈機高10%以上。

此外,大高度高速垂直斗式提升機的板鏈再換費用低,大約是皮帶機芯的1/2~1/3。

1.2 壽命

鏈斗式提升機的失效形式有2種,即強度破壞(疲勞或靜載)和磨損。

(1)強度破壞。人們在設計鏈斗式提升機時,總把其承載應力值設計在無限壽命區,見圖1。對應于循環基數N0=107(或6 X 106)的載荷p0為極限疲勞載荷。當設計的鏈條承載力(當量受載)在p0以下時,則該鏈條的理論壽命應為無限長,實際使用壽命很長。而鋼絲膠帶中的鋼絲繩,其許用應力值因受彎曲的限制不會很大,很難設計成無限壽命。

(2)磨損失效。板 鏈磨損后,其節距會伸長,從而產生跳齒。我們研制的大高度高速板鏈斗式提升機因每一循環周次鉸鏈與鏈輪的接觸點只有4點,且板鏈銷軸是周向轉動的,所以其 磨損量很少。經現場實測,其摩擦壽命可達巧年以上,我們的保守設計壽命為10年。而鋼絲膠帶提升機因受跑偏、夾料、橡膠老化、鋼絲蠕變伸長,料斗拖底等影 響,其壽命一般不超過4年。

1.3 可靠性好

高的可靠性基于板鏈的結構優勢、設計優化和易于管理。   

(1)結構優勢。串聯系統的可靠度表達式為:

QQ圖片20151007134500.png

式中:Pi—第i串聯環節的可靠度。

ai—第i個環節的失效概率

n—環節數

由(1)式知,環節越多,其可靠性越低。傳統觀念中,皮帶中的鋼絲總被視為一個環節,而鏈條則看成n個串連環節。事實上,很長的鋼絲(可長達220 m以上)也是由一系列短的鋼絲元串聯組成的,其可靠性計算也應按串聯系統可靠性計算公式計算。

但是,若把鏈條中的每一個環節都做成結構件(區別于傳統意義上的易損件),也就是力學意義上的大安全系數的機件或數學意義上的高可靠度的環節,則其系統的可靠性可認為是極高的。即當ai→0時,QQ圖片20151007134958.png,即可靠度極高。這對板鏈來說,可通過優化結構設計來實現,而對鋼線繩來說,要實現這一高可靠性,則需加大其直徑,這是鋼絲膠帶客觀條件所不允許的。

(2)易于管理。因板鏈是摸得著看得見的部件,可以通過好的"點檢"來判斷其失效與否,從而可使板鏈斗提機的可靠性大為提高。而鋼絲膠帶提升機因鋼絲包在膠內,無法考察其失效與否。

圖2對稱的力結構形式

圖2 對稱的力結構形式

(3)優化設計。在 設計提升機鏈條時,我們將普通套筒滾子鏈結構設計成"力對稱式多板銷軸"結構(見圖2),使剪切面由原來的2個增加到8個,有效地利用了材料的潛能,使鏈 的自重載荷比大為降低,提高了鏈條的強度。其承載能力是同規格(自重)套筒滾子鏈的2.5倍以上。且在正常的鏈條拉伸情況下,各板間的拉力不會形成附加彎 矩,因此銷軸不會產生因彎矩引起的斷裂破壞現象。而傳統的普通套筒滾子鏈受內外板拉此力矩的疊加影響。

圖3普通套筒滾子鏈的受力

圖3 普通套筒滾子鏈的受力

圖4對稱多板銷軸鏈中銷軸與鏈輪的嚙合

圖4 對稱多板銷軸鏈中銷軸與鏈輪的嚙合

2 對稱多板銷軸鏈中銷軸與鏈輪的嚙合機理分析

對稱多板銷軸鏈中的銷軸與鏈輪的嚙合機理分析見圖4。MN為輪齒對銷軸的摩擦力矩,MF1 ,MF2為鏈板孔對銷軸的摩擦力矩。由于三個摩擦力矩的力臂均為銷軸的半徑,所以三個力矩值只取決于三個力F1,F2,N的大小。有分析計算表明,N=0.65F1,F2 =0.65F,.故鏈節間一開始相對回轉時,因F1最大,其摩擦阻力矩也最大,轉動在F2側相繼發生。同理,在鏈條嚙出相鄰兩節間轉動時,則先在脫嚙節(相當于F2處)發生和軸與板的轉動,后在相當于F1處, 節的軸板間發生轉動,就銷軸對某一組板孔而言,轉動的方向是相同的。在被動軸端也有相似的分析。故銷軸將在二組板孔間順序地周而復始地轉動,使銷軸延周向 均勻摩損,有利于提高鉸鏈的壽命。本課題產品的銷軸,經在6個月不間斷運行后測試,單向只磨掉0.015 mm,從而有效地提高了整機的使用壽命。

3 結語

(1)大高度高速板鏈斗式提升機的研制成功,填補了我國大型水泥熟料生產線窯尾使用板鏈提升機的空白。

(2)與膠帶式提升機及傳統板鏈斗提機比,大高度高速垂直斗式提升機具有一次性投資低、運行費用少、壽命長、可靠性好等優點。

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