非标准布置型式埋刮板输送机运行失效分析及设计

胡海峰 雷威跃

（三门峡高新机械有限公司） （三门峡化工机械有限公司)

非标准布置型式埋刮板输送机运行失效分析及设计

胡海峰*雷威跃

（三门峡高新机械有限公司） （三门峡化工机械有限公司)

针对锅炉配套设备非标准布置型式埋刮板输送机运行中出现的输送链断开、出料不畅现象进行系统的分析，并结合实际工况对原设计进行更改。分析了原设计中出现的问题，从设计上根本性地解决了影响设备正常运行的问题，可为非标输送设备的设计提供一定的参考。

埋刮板输送机 链条 断链 返料 失效分析

0 前言

埋刮板输送机是一种在封闭的矩形断面的壳体内，借助于运动着的刮板链条连续输送粉状、颗粒状及小块状等散粒物料的输送设备。它主要由封闭的壳体、刮板链条、驱动装置及张紧装置等部件组成。与螺旋输送机和斗式提升机相比，它具有结构简单、重量轻、体积小、密封性能好、安装维修方便、运行平稳、操作易实现自动控制、能多点加料和卸料等优点，生产使用中又以其节约空间、改善工人的操作条件和防止环境污染等特性而广泛应用于化工、冶金、机械、轻工、电站等部门的设备配套，可输送扬尘大、有毒、易燃和高温物料。2010年11月安徽某化工厂锅炉配套设备中，冷渣机出料口的埋刮板输送机出现故障，物料在其箱体内堆积并导致输送链多次断链，严重影响了冷渣机的出料。维修后设备正常运行的时间较短，因此该化工厂暂时采用带式输送机输送炉渣，导致现场环境污染较大。本文针对该型式输送机的运行缺陷进行分析，并对该冷渣机出料口埋刮板输送机的合理设计进行阐述，可为锅炉配套设备——冷渣机出料口埋刮板输送机的优化设计提供参考。

1 设备简介

该埋刮板输送机为锅炉配套设备，用于将来自多个冷渣机出料口的炉渣输送到指定的出渣位置，实现多点加料和卸料。锅炉系统中多台冷渣机出料口为同一水平高度，埋刮板输送机卸料口与水平地面保持适当的高度，便于物料卸出后直接到达卸料口处的运输车车斗内，即实现水平多点加料并提升物料到工艺要求的高度。由于该种布置型式的埋刮板输送机于近几年出现，是一种新型输送设备，目前国内设计手册将其定义为非标准布置型式埋刮板输送机或复合型埋刮板输送机。非标准布置型式埋刮板输送机有两种形式，该设备是一种先水平、后转入小倾角输送布置型式的非标准布置型式埋刮板输送机，它是近几年来为满足生产工艺需要而开发设计的新产品，广泛应用于锅炉系统设备的配套。原锅炉配套设备输送物料的参数见表1所示。

表1 原锅炉配套设备输送物料参数

原输送机技术参数如表2所示。

表2 原输送机技术参数

该设备所在生产线投产运行后，最初原设备出料断断续续，继而出现较大震动和响声，电流上升较大。操作工停车清理后，设备继续运行，一段时间后输送链链条变形并断链。设备大修时打开埋刮板输送机上盖后发现，弯曲段集料较多；链条部分段浮起，在链条与链条轨道间有物料夹杂，弯曲段和倾斜角度段尤为严重；返料严重并在弯曲段物料堆积形成一个瓶颈，进料依次堆积。此外，设备运行时出料较少且断续，偶尔夹杂有较大的颗粒。大修之后，设备运行一段时间再次出现以上所述的断链等现象。使用厂家迫于无奈改用皮带传动装置。运行时一旦皮带打滑就清理设备，这给操作工带来了较大的工作量，且影响到上序设备冷渣机的运行。经多方考虑后使用厂家采用了敞口皮带机输送，虽满足了输送要求，但却带来了周围环境的严重污染。针对以上情况，我方考察了现场并对积料、浮链、回流、断链现象进行分析，找出了导致设备运行故障的原因。2010年12月下旬我公司生产的非标准布置型式埋刮板输送机现场安装试车，试车中物料出料连续且平稳。至今该机已运行了半年，一直较为稳定，且链条磨损较小，赢得了客户的好评。

2 故障分析

原埋刮板输送机由尾部、加料段、水平中间段、弯曲段、倾斜角度段、头部、传动装置等部件组成，其中弯曲段有一个导链装置。从整体上分析，原设计仅仅是将无倾角的MS型埋刮板输送机在中间加一个弯曲段而构成，对于该物料这样的设计存在较大的不合理性。

2.1 链条选用不合理

原设计链条为粮食输送机链条，即链条为套筒滚子结构。套筒滚子链多用于中高速链速的设备中，即使原设计考虑到该物料不适宜中高速运行而采用了低速运行，就链条的选用显然也是不适宜的。在实际运行中，由于该物料为粉状，细粉尘会嵌入到套筒滚子中，导致链条关节卡死，使其失去套筒滚子链的优点，出现浮链现象；另外物料硬度较大，加速了销轴和套筒的磨损，大大降低了使用寿命。

2.2 刮板选用不合理

原设计刮板为T型内向式刮板，结构简单。该物料为自由流动的物料，在倾斜输送的情况下其流动性更好。因此，在倾斜角度为24°的情况下，为了保证料层间的稳定性及增大摩擦力，一般选用形状较复杂的刮板。原设计结构简单，运行时虽链条水平段完全能带走物料，进入倾斜段后在接近休止角倾角下物料必然大量回流，效率大大降低，回流物料堆积于弯曲段，增加刮板链条的磨损及动力的消耗。物料堆积到一定程度后，不但链条磨损严重，同时电流上升，刮板也在弯曲段变形。虽然弯曲段设有一个导链装置，但是间隙大，刮板磨损快，浮链现象也并没有得到遏制。一般情况下链条浮链倾向虽然不是很大，但对料流的影响却很大，即链条下的物料对刮板间的物料摩擦力较大，不利于出料。

2.3 功率核算和链条强度计算

为了更准确地分析问题，需结合理论校验设备的功率和链条强度。

2.3.1 功率核算

原设计已知参数如下：机槽承载高度h=250 mm；机槽宽度B=250 mm；加料口中心到尾轮中心距离L0=910 mm；水平段长度L1=2 890 mm；倾斜段投影距离L2=3 410 mm；弯曲段半径R=1 500 mm；提升高度H0=1 380 mm；倾斜角度α=24°；套筒滚子链链条单位长度质量G=12.5 kg/m；物料单位长度质量GV=60 kg/m。输送机简图如图1所示。

图1 输送机简图

由于原设计角度小于26°，且H0≤0.5L2，根据最小张力点位置，可以采用如下公式进行张力计算：

式中T1——刮板链条绕入头轮时的张力，N；

T2——刮板链条绕出头轮时的张力，N；

G——刮板链条单位长度质量，kg/m；

g——重力加速度，g=9.81 m/s2；

GV——物料单位长度质量，kg/m；

E——弯道系数值 （结合工况确定，刮板链条对底板或支承导轨的摩擦系数f′=0.5时， E=1.242）；

L0——加料口中心到尾轮中心距离，m；

L1——水平段长度，m；

L2——倾斜段投影距离，m；

m——水平输送时物料对机槽的阻力系数；

f——物料摩擦系数，f=tanφ,φ为物料内摩擦角；

f1——物料对壳体的摩擦系数，f1=tanφ1,φ1为物料外摩擦角；

λ——物料对侧壁的侧压系数，λ=0.406；

h——机槽承载高度，m；

B——机槽宽度，m；

H0——提升高度，m。

将有关数据代入公式计算得：

T1=6 733 N

T2=0 N

采用直接计算法：

式中N——驱动功率的计算值，kW；

Km——电机功率备用系数，取值1.3；

v——刮板链条实际运行速度，m/s；

ηm——传动效率，开式传动该工况取值0.8。

选用电机功率N电≥N=1.1 kW。

为了更准确地贴近实际值，以叠加法进行复核，得N=1.4 kW。通过复核可以看出，不同的方法其结果都存在一定的误差。但可以认为，该设备在正常工况下实际使用的电机功率小于2.2 kW，因此选用2.2 kW电机可以满足正常使用要求。原设计电机功率为3 kW，由此看出原设计考虑了特殊的苛刻工况，留有较大的富裕量。可以确定该电机功率完全满足使用要求。

2.3.2 链条强度计算

由于实际运行中设备多次出现断链现象，故对链条进行校核。该链条以低速传动，且载荷较大，故采用静强度计算：

式中Q——链条极限拉伸载荷，N；

Ft——有效圆周力，N；

[n]——许用安全系数， 该工况较为恶劣且工位重要，据经验安全系数取6。

经查手册，确定链条的工作情况系数为1.5。假定选用2.2 kW的电机，正常工况下滚子链的设计功率Pd为3.3 kW，其有效圆周力Ft为33 kN，代入式 （5）计算得出安全系数n为3.818，在该工况下此安全系数n相对较小。原设计在电机功率满负荷的情况下，其安全系数n仅为2.8，这样瞬时过载时链条在最薄弱环节被拉断的几率较大，运行中出现大块物料卡死等各种不确定因素时链条破断也就成为必然。

2.4 失效分析

经过功率核算、链条强度计算不难看出，原设计中存在一系列较大的问题。链条和刮板是埋刮板输送机的运动环节，然而其选用的不合理性却很突出。此物料使用套筒滚子链，但链条关节常卡死，在头轮处浮链现象相继显现，使导轨与链条间的摩擦力增大；较大的倾角下并未采用隔板设计，物料回流堆积于弯曲段，易在导向装置处形成阻塞，同时对链条造成较大的磨损；经过长时间磨损的链条其抗拉强度自然降低，当物料在某处卡死后，电机在满载负荷下产生的拉力足以导致链条断裂，所以会出现链条断裂而电机并未发热毁坏的不正常现象。用户在屡次出现断链的情况下，为了保护电机和链条，更改原设计的链传动为皮带传动，虽保护了电机和链条，但皮带打滑成为必然，物料无法正常输送，上一工序的设备无法正常运行。

3 施工方案设计

由于原设计存在一系列较大的问题，同时考虑到多方面因素，原设备不予改造，按照报废处理。针对该工位的埋刮板输送机工况，实施以下主要措施：

（1）输送机链条采用模锻链即叉型链，该链具有强度高、承载能力大、结构简单、拆装简便等特点。

（2）刮板设计采用外向式框架形设计方案，通过弯道时空间逐渐增大，通过弯道后恢复原样，使其具备了运行阻力小、输送能力大、运行平稳、磨损小和噪音小的特性。

（3）壳体内铺设耐磨轨道，链条在轨道上运行；壳体设计为不等空间形式，下腔体承载高度降低。

（4）物料的流动性较好且倾斜角几乎等同于休止角，为防止物料回流在提升段设置隔板，运行时物料形成料柱在卸料口卸出，输送效率大大提高。

3.1 确定功率

将已知参数代入式（1）～式（4），经数据整理并考虑经济性，采用原电机完全满足运行要求，即电机功率P=3 kW。

3.2 确定链速

为了简化计算，由概略计算法可知：

式中Q——质量输送量，t/h；

ρ——物料的堆积密度，t/m3；

η——输送效率，查手册知η=55%。设计承载高度h=0.15 m，在最小的质量输送量Qmin为6 t/h时，确定链速为v=0.11 m/s，实际物料质量输送量Q=7.84 t/h，符合使用要求。

3.3 校核链条安全系数

选用MS25型模锻链，其最小抗拉载荷为234 kN。同理将有关数据代入式 （5）计算，得出安全系数n为5.72，在该工况下此安全系数n适宜，满足运行要求。

4 结语

综上所述，非标准布置型式埋刮板输送机的设计必须根据不同的物料及工艺要求有针对性地制定设计方案，其中输送链条型式、刮板布置型式以及内部结构的选择是设计的关键环节。优良的设计不仅使设备具有高的使用寿命及输送效率，而且可避免常见的设备故障，达到检修次数少、维修费用低、操作人员劳动强度小的良好效果。本文对原设备设计上的不合理性进行了分析，并结合我方设计方案进行了理论校核，可为非标准布置型式埋刮板输送机的设计提供一定的参考。

[1]成大先.机械设计手册 [M].第4版.北京：化学工业出版社，2007.

[2]王鹰.连续输送机械设计手册 [M].北京：中国铁道出版社，2001.

[3]张荣善.散料输送与贮存 [M].北京：化学工业出版社，1994.

[4]梁庚煌.运输机械手册：第2册 [M].北京：化学工业出版社，1983.

Running Failure Analysis and Design of Nonstandard Layout Buried Scraper Conveyor

Hu Haifeng Lei Weiyue

This paper systematically analyzed conveyor chain breaking and poorly discharging of nonstandard layout buried scraper conveyor， and changed the design combining actual working condition。 It also analyzed problems of original design，and fundamentally solved the problems that affected the normal operation of equipment,which could provide certain reference for design of nonstandard conveying equipment.

buried scraper conveyor； Chain； Chain breaking； Recycles； Failure analysis

TQ 051.2

*胡海峰，男，1984年生，工程师。三门峡市，472000。

2011-06-16）